Si el agua se congela hasta convertirse en hielo, el hierro se desmagnetiza o un material se vuelve superconductor; para los físicos, siempre hay una transición de fase detrás de él. Se esfuerzan por comprender estos diferentes fenómenos buscando propiedades universales. Investigadores de la Universidad Goethe de Frankfurt y Technische Universität Dresden han hecho un descubrimiento pionero durante su estudio de una transición de fase de un conductor eléctrico a un aislante (transición de metal-aislante Mott).

Según la predicción de Sir Nevill Francis Mott en 1937, la repulsión mutua de electrones cargados, que son responsables de transportar corriente eléctrica, puede provocar una transición entre metal y aislante. Todavía, contrariamente a la opinión común de los libros de texto, según el cual la transición de fase está determinada únicamente por los electrones, es la interacción de los electrones con la red atómica del sólido lo que es el factor determinante. Los investigadores han informado de esto en el último número de la Avances de la ciencia diario.

El grupo de investigación, dirigido por el profesor Michael Lang del Instituto de Física de la Universidad Goethe de Frankfurt, logró hacer el descubrimiento con la ayuda de un aparato casero único en el mundo. Permite la medición de cambios de longitud a bajas temperaturas bajo presión externa variable con una resolución extremadamente alta. De este modo, fue posible probar experimentalmente por primera vez que no son solo los electrones los que juegan un papel significativo en la transición de fase, sino también la red atómica, el andamio del sólido.

"Estos resultados experimentales presagiarán un cambio de paradigma en nuestra comprensión de uno de los fenómenos clave de la investigación actual de la materia condensada, ", dice el profesor Lang. La transición de metal-aislante de Mott está vinculada a fenómenos inusuales, como la superconductividad a alta temperatura en materiales a base de óxido de cobre. Estos ofrecen un enorme potencial para futuras aplicaciones técnicas.

El análisis teórico de los hallazgos experimentales se basa en la noción fundamental de que las muchas partículas en un sistema cercano a una transición de fase no solo interactúan con sus vecinas inmediatas sino que también se "comunican" a largas distancias con todas las demás partículas. Como consecuencia, solo los aspectos generales son importantes, como la simetría del sistema. La identificación de tales propiedades universales es, por tanto, la clave para comprender las transiciones de fase.

"Estos nuevos conocimientos abren una perspectiva completamente nueva sobre la transición metal-aislante de Mott y permiten un modelado teórico más sofisticado de la transición de fase, "explica el Dr. Markus Garst, Profesor titular del Instituto de Física Teórica de la Technische Universität Dresden.