Investigadores de la Universidad Brown y la Universidad de Míchigan han logrado un truco que antes estaba confinado a los sueños febriles de los físicos teóricos: crearon y estabilizaron una nueva fase de la materia usando diminutas partículas de plata dispuestas como ladrillos de LEGO cósmicos. El trabajo, publicado en la revista Science, captura un estado estructural intermedio que aparece durante la transformación entre dos disposiciones cristalinas comunes en los metales, un estado tan fugaz que los científicos solo habían supuesto que existía.
El material recién acuñado no se queda ahí luciendo exótico; también exhibe un comportamiento óptico inusual, específicamente un acoplamiento fuerte-profundo luz-materia, donde los electrones dentro de las nanopartículas de plata vibran al unísono con las ondas de luz y se entrelazan cuánticamente. Sorprendentemente, este efecto ocurre a temperatura ambiente, lo que es como encontrar un pingüino prosperando en el Sahara. Los investigadores sugieren que esto podría ser útil eventualmente para la computación cuántica y otras tecnologías de información cuántica, porque lo que el mundo necesita son más formas de computar cosas que están simultáneamente aquí y no aquí.
Para construir su maravilla microscópica, el equipo sintetizó nanopartículas de plata con forma de octaedros truncados, a las que llaman "mecons", que se asemejan a un diamante con las esquinas cortadas, resultando en una geometría de 14 caras. El autor principal Yasutaka Nagaoka y el equipo ajustaron las condiciones de calentamiento para producir mecons con diversos grados de redondez, luego los recubrieron con largas cadenas moleculares que actuaron como conectores pegajosos, permitiendo que las partículas se autoensamblaran en estructuras ordenadas más grandes llamadas superredes de nanopartículas.
"Nuestro trabajo es un poco como niños jugando con bloques LEGO", dijo Ou Chen, profesor asociado de química en Brown y autor correspondiente, en lo que puede ser la analogía científica más relatable desde "es como un globo y un ladrillo". Los recubrimientos moleculares, encontró el equipo, jugaron un papel crítico en estabilizar disposiciones que coincidían con las estructuras transicionales predichas por la vía Nishiyama-Wassermann, un modelo líder de cómo los metales cambian entre disposiciones cristalinas cúbicas centradas en las caras (FCC) y cúbicas centradas en el cuerpo (BCC).
"Los científicos de materiales se han preocupado durante mucho tiempo sobre cómo controlar la cantidad de FCC y BCC en sus metales, pero las transiciones entre estas fases han sido difíciles de estudiar porque son muy inestables", dijo Tim Moore, coautor del estudio de la Universidad de Míchigan. "Poder observar estas estructuras es un avance fundamental en la ciencia de materiales". La investigación fue apoyada por una pequeña montaña de subvenciones de la Fundación Nacional de Ciencias y el Departamento de Energía, porque aparentemente descubrir una nueva fase de la materia no es barato.
"Cada vez que puedes identificar una nueva fase de la materia, surgirán nuevas aplicaciones", añadió Chen, lo que es el equivalente científico de "constrúyelo y vendrán", asumiendo que "ellos" son computadoras cuánticas y sensores avanzados.