Física de la Materia Condensada

La física de la Materia Condensada abarca el estudio de las propiedades físicas de fases condensadas de la materia.  El nombre, propuesto por Phil W. Anderson en la década de los 60,  venía a unificar dos campos de la física que se dedicaban a estudiar los materiales cristalinos (Física del Estado Sólido) y los materiales “blandos” (líquidos y gases).  Por tanto, la Física de la Materia Condensada abarca el estudio de una amplísima variedad de sistemas incluyendo materiales (semiconductores, superconductores, magnéticos, grafeno),  fenómenos físicos  y aplicaciones.

La Física de la Materia Condensada juega un papel central por dos motivos. Por un lado están las aportaciones conceptuales que se han extendido a otras ramas de la Física, como el concepto de ruptura espontánea de simetría, el de emergencia, la invariancia de escala en sistemas críticos, o el teorema fluctuación-disipación. Un ejemplo que ilustra esta fecundidad conceptual es la dinámica de los electrones dentro del grafeno, que se puede asimilar matemáticamente al que tendrían los neutrinos en un hipotético universo bidimensional.  Otros sistemas bidimensionales, como los pozos cuánticos de semiconductores, p.e. GaAs,  exhiben a bajas temperaturas y altos campos magnéticos un comportamiento fascinante, conocido como Efecto Hall cuántico, que da lugar a una resistencia eléctrica determinada únicamente por dos constantes universales, la carga del electrón y la constante de Planck. Este fenómeno ocurre con tal precisión que nuestro patrón para definir dichas cantidades está basado en el efecto Hall cuántico y en el efecto Josephson, que tiene lugar en uniones túnel con electrodos superconductores.

Por otro lado, es imposible exagerar la relevancia que ha tenido la Física de la Materia Condensada en el desarrollo de la principal revolución tecnológica de las últimas décadas: la electrónica. El estudio de las propiedades de los semiconductores a mediados del siglo XX hizo posible el descubrimiento del transistor en 1948.  Hoy en día,  cualquier  dispositivo electrónico cuenta con miles de millones de transistores de tamaños inferiores a 50 nanómetros. El alcance tecnológico que ha llevado consigo el desarrollo de la electrónica basada en materiales semiconductores ha repercutido de una manera dramática en nuestra vida cotidiana, en la forma como trabajamos, nos comunicamos, en nuestro ocio o en los avances de la biomedicina, entre otros muchos aspectos. “The so close project” nos lo explica en este vídeo.

The So Close Project

Es por ello que la Materia Condensada está llamada a seguir aportando nuevos retos fundamentales en la comprensión física de nuestro entorno, así como acelerar el progreso tecnológico que nos ha inundado las últimas décadas. Por ello, en la actualidad hay un sin fin de frentes abiertos,  en muchos de los cuales la investigación española está haciendo aportaciones importantes, como podéis ver en esta página.

Es fascinante pensar que, a pesar de lo mucho que hemos aprendido en estas décadas, el estudio de la Materia Condensada está realmente en su infancia, si tenemos en cuenta la minúscula fracción que ha sido estudiada, y el vastísimo campo de materiales y de nuevas estructuras que quedan por explorar y por inventar.

Para leer más:

Discurso de Investidura del Prof. Anthony Leggett como doctor “Honoris Causa” de la Universidad Complutense de Madrid (2011).

What is Condensed Matter Physics? (JPhys+)