El Premio Nobel de Física de 2016 celebró el rico comportamiento de los materiales bidimensionales (2-D), como átomos, moléculas, o electrones que se limitan a moverse sobre una superficie plana.

En comparación con sus homólogos tridimensionales (3-D), tales materiales exhiben propiedades nuevas y exóticas, cuya elucidación está a la vanguardia de la investigación de la física de la materia condensada.

Un caso muy interesante es el comportamiento de los cristales 2-D. A diferencia de los materiales 3-D, que siempre se funden en un estado líquido o `fase, "La teoría predice que los cristales 2-D se funden en una nueva fase llamada hexática.

Fase hexagonal

En personaje, el hexático es intermedio entre una fase cristalina y un líquido, porque sus partículas constituyentes exhiben un orden de orientación de largo alcance (como un cristal) pero solo un orden de posición de corto alcance (como un líquido).

Incluso para el material de modelo 2-D más simple, compuesto por discos duros idénticos, encontrar la confirmación de que un cristal bidimensional se funde en una fase hexática fue uno de los problemas más antiguos de la física.

Después de numerosos intentos (que abarcan cuatro décadas) se resolvió en 2011 con el uso de simulaciones por computadora a gran escala.

En una colaboración entre dos universidades GW4, Dr. John Russo de la Escuela de Matemáticas de la Universidad de Bristol y el profesor Nigel Wilding, del Departamento de Física de la Universidad de Bath, han aprovechado el poder combinado de las computadoras de alto rendimiento en ambas universidades para demostrar que el comportamiento de los cristales 2-D se vuelve aún más extraño cuando se consideran mezclas de dos tipos de partículas.

Sus hallazgos se han publicado hoy en la revista Cartas de revisión física .

Física fundamental

El Dr. Russo dijo:"Para esta investigación, consideramos el sistema de disco duro 2-D estudiado anteriormente, pero con un giro:introdujimos una segunda especie de disco que es sólo un 70 por ciento más grande que los demás.

"Curiosamente, encontramos que la presencia de este segundo tipo de disco hace que desaparezca la fase hexática".

El profesor Wilding agregó:"Esto ocurre en concentraciones sorprendentemente pequeñas de los discos pequeños:cambiar solo el uno por ciento de los discos por las especies más pequeñas es suficiente para perder el hexático".

“Descubrimos que el hexático es un estado de materia tan delicado porque su entropía es solo un poco mayor que la del líquido.

"La adición de pequeñas partículas aumenta la entropía del líquido y esto, a su vez, desestabiliza el hexático".

Los investigadores dicen que su estudio contribuye a la comprensión fundamental de la fascinante física de la materia en dos dimensiones, y abre las puertas al diseño de nuevos materiales con propiedades extrañas y exóticas.

"Desaparición de la fase hexática en una mezcla binaria de discos duros" de J. Russo, y N. Wilding se publica en Cartas de revisión física .