Física de la Materia Condensada, una mirada diferente al Universo

El volumen 31-3, Julio-Septiembre 2017, de la Revista Española de Física presenta un monográfico de 41 páginas sobre materia condensada. Reproducimos aquí algunos extractos del monográfico con permiso de la revista. Hazte socio de la RSEF y podrás disfrutar de la Revista al completo. 

Física de la Materia Condensada, una mirada diferente al universo, María José Calderón y Joaquín Fernández-Rossier.

La física de la materia condensada aborda el estudio de sistemas en los que un número gigantesco de átomos interactúan, dando lugar a estados agregados, como líquidos y sólidos. Así, la física de la materia condensada estudia la materia tal y como nos rodea. La engañosa falta de épica de esta formulación es desmentida por la larga lista de logros de esta rama de la Física que ha hecho posible varias tecnologías disruptivas, como la electrónica, la espintrónica o la óptica para las comunicaciones, y tiene la llave del desarrollo de nuevas revoluciones tecnológicas que permitirán hacer frente a grandes desafíos de la humanidad […].

La contribución de la física de la materia condensada a la historia de la Física contemporánea es más importante, si cabe, que esta ingente cantidad de conocimiento útil. En un lugar destacado figuran conceptos centrales en el modelo standard de partículas, como la ruptura espontánea de simetría y el mecanismo de Higgs, que fueron propuestos inicialmente en el ámbito de la física de la materia condensada por dos de sus más eminentes pensadores, Lev Landau y Philip W. Anderson. Aún más trascendente es el concepto de emergencia, una de las piedras angulares de la Física de la Materia Condensada y de la ciencia en general, introducido por Philip W. Anderson [1]: las propiedades de un sistema resultante del ensamblaje de unidades más pequeñas, como un núcleo atómico formado por quarks, o un cristal formado por átomos, un ser vivo formado por células, o un cerebro formado por neuronas, no se pueden inferir a partir del conocimiento de las propiedades de los componentes.[…]

Qubits de estado sólido, M. Fernando González-Zalba.

El mundo cuántico es fascinante. Presenta una descripción de la naturaleza que desafía nuestros conceptos mas enraizados sobre lo que es la realidad. Por ejemplo, los objetos cuánticos poseen propiedades misteriosas que les permiten estar en multiples lugares al mismo tiempo, moverse en diferentes direcciones simultáneamente, o existir y no existir. En otras palabras, vivir varias historias paralelas.[…]

Superconductividad, Mariona Coll y Anna Palau

Sin lugar a dudas la superconductividad representa uno de los descubrimientos más sorprendentes y apasionantes de la física moderna. Este excepcional fenómeno fue descubierto de manera completamente inesperada en 1911 por Kamerlingh Onnes, cuando vio que el mercurio perdía totalmente su resistencia eléctrica por debajo de una cierta temperatura, llamada temperatura crítica, próxima al cero absoluto (4K). En el estado normal, la resistencia eléctrica se produce por el choque de los electrones con iones e impurezas. En el estado superconductor, la resistencia cero se obtiene gracias al apareamiento de los electrones formando pares de Cooper que condensan a un estado cuántico colectivo, descrito por una única función de onda, que les permite moverse de manera coherente, sin colisiones, a través del material. […]

Quasipartículas relativistas, Alberto Cortijo

En general, cuando uno estudia Física, acaba teniendo la idea de que la Física de Altas Energías y la Física de la Materia Condensada son partes de la Física que no tienen nada que ver, ni en cuanto a objetos ni métodos de estudio. En realidad, esta idea no puede estar más alejada de la realidad.[…]

Inagotables plasmones, Antonio I. Fernández-Domínguez

Durante muchos siglos, las aplicaciones ópticas de los metales se limitaron a la construcción de espejos y rejillas de difracción. Esta situación cambió radicalmente a partir de los años 80 del siglo pasado con el descubrimiento de la amplificación superficial del scattering Raman y el uso de plasmones, oscilaciones electrónicas colectivas en un metal, para la detección óptica. Sin embargo, no fue hasta los años 90, con la aparición y desarrollo de técnicas precisas y fiables de nanofabricación y caracterización, cuando el campo de la nanofotónica, y particularmente la plasmónica, floreció.[…]

Materiales ópticos para dispositivos de iluminación más eficientes y versátiles,
Gabriel Lozano

Para un físico clásico la luz no es más que campos eléctricos y magnéticos oscilando en el espacio con una frecuencia comprendida en la región del espectro electromagnético que puede ser percibida por el ojo humano. De manera más general, la Real Academia Española señala que la luz es la ausencia de oscuridad y por tanto el agente físico que hace visibles los objetos. En particular, la luz con ayuda de nuestro ojo permite que distingamos colores y formas. Es por este motivo que el desarrollo de materiales capaces de controlar propiedades como la reflexión, la difracción, la polarización, la absorción o la emisión de luz, así como de dispositivos capaces de generar luz de manera eficiente y sostenible constituyen un objetivo central de la tecnología actual.[…]

Materiales 2D, Rafael Roldán, Andrés Castellanos-Gómez y Pablo San-José

El aislamiento del grafeno, una capa de grafito de un único átomo de espesor, de forma controlada en 2004 dio el pistoletazo de salida a un campo de investigación que crece de forma extraordinaria: los materiales bidimensionales, o materiales 2D. Hasta ese momento, la propia existencia de cristales bidimensionales había estado en cuestión debido a aparentes contradicciones con teoremas fundamentales como el de Mermin-Wagner. El descubrimiento del grafeno, por lo tanto, demostró tal posibilidad.[…]

Óxidos multifuncionales: cuando la respuesta de cada átomo cuenta, María Varela

La investigación en óxidos de metales de transición constituye un campo muy activo en física de la materia condensada. Se trata de sistemas complejos, en los que pequeñas variaciones en el dopado químico o electrónico pueden dar lugar a respuestas macroscópicas colosales como puede ser la superconductividad de alta temperatura que muestran algunos cupratos o la magnetorresistencia colosal de las manganitas. A menudo, estas respuestas se acentúan cuando se emplean configuraciones geométricas de dimensionalidad reducida, como puedan ser películas delgadas, heterostructuras donde se combinan materiales distintos, o superredes de elevada calidad cristalina.

Avances en la física de superficies, Esther Barrena, Lucia Aballe y María Carmen Asensio

En los últimos años se han llevado a cabo un buen número de avances científicos, instrumentales y técnicos en el área de física de superficies, incentivados principalmente por el estudio de nuevos materiales funcionales. Estos materiales han provocado extraordinarios avances en una gran variedad de campos como la medicina, la electrónica, la cosmética, la energía, la industria textil, la tecnología de la información y la protección del medio ambiente, entre otros. Muchos de los nuevos materiales tienen como común denominador que el número de átomos que forman la superficie respecto a los que se encuentran en el volumen es sumamente elevado. De hecho, en muchos casos, la totalidad del material está formado sólo por unas pocas capas atómicas, como es el caso del grafeno, el siliceno, los dicalcogenuros de metales de transición así como sus hetero-estructuras, que por su carácter bidimensional exhiben interesantes fenómenos físicos exóticos.[…]

Los gases cuánticos de fermiones ultrafríos como sistemas modelo de física de la materia condensada, Leticia Tarruell

Predecir el estado fundamental, las excitaciones o la evolucion temporal de un sistema cuántico constituido por un gran número de partículas es sin lugar a dudas un problema complejo, que en muchos casos no puede ser resuelto ni analíticamente ni numéricamente. En 1981, Richard Feynman propuso la idea de utilizar para este fin un simulador cuántico: un sistema cuántico, altamente controlable, y que estuviese descrito por las mismas ecuaciones que el sistema físico que se desease describir. En la visión de Feynman, realizando medidas sobre el sistema modelo en distintos regímenes de parámetros se podrían responder preguntas planteadas por el sistema original, y resolver así problemas intratables con otros métodos. […]