El descubrimiento de la superconductividad y su realización experimental son dos de los avances más importantes en física e ingeniería del siglo pasado. Sin embargo, sus características estadísticas y dinámicas aún no se han comprendido completamente. Un equipo de investigadores del Centro de Física Teórica de Sistemas Complejos, dentro del Instituto de Ciencias Básicas (IBS, Corea del Sur), ha modelado el comportamiento energético de redes caóticas de elementos superconductores (granos), separados por uniones no superconductoras, y descubrió algunas propiedades estadísticas inesperadas en mucho tiempo, pero aún escalas de tiempo finitas. Sus hallazgos se publican en Cartas de revisión física .

Varios descubrimientos pioneros en mecánica estadística surgieron al cuestionar la aplicabilidad de conceptos abstractos centrales a sistemas físicos y dispositivos experimentales. Un ejemplo notable es la hipótesis ergódica, que asume que con el tiempo, un sistema visita casi todos los microestados disponibles del espacio de fase, y que el promedio de tiempo infinito de cualquier cantidad mensurable del sistema coincide con su promedio de espacio de fase. En breve, esta es la razón por la que el hielo se derrite en una olla de agua. Y lo hará más rápido si el agua está más caliente. Los científicos han estado buscando formas de verificar la validez o el fracaso de la hipótesis ergódica basada en mediciones de tiempo finito.

Dirigido por Sergej Flach, los investigadores del IBS desarrollaron un método eficiente para extraer estimaciones precisas de las escalas de tiempo para la ergodicidad (tiempo de ergodización acuñado). Este método se ha aplicado con éxito a las redes clásicas de granos superconductores débilmente acoplados por uniones de Josephson.

El equipo descubrió que en estas redes, la escala de tiempo de ergodización rápidamente se vuelve enorme, aunque sigue siendo finito, al aumentar la temperatura del sistema. En lugar de, las escalas de tiempo necesarias para que se desarrolle el caotismo permanecen prácticamente inalteradas con respecto a la ergodización. Esto es muy sorprendente, como la ergodicidad está indisolublemente unida al caos, y sus respectivas escalas de tiempo también deben estar estrictamente relacionadas. En términos de hielo, significa que cuanto más caliente se calienta el agua, cuanto más tarden los cubitos de hielo en derretirse. Los investigadores del IBS mostraron numéricamente que las fluctuaciones de temperatura más altas dificultan fuertemente su propio serpenteo a través del sistema. Por lo tanto, un proceso cada vez más lento retrasa drásticamente la ergodización del sistema. El equipo ha etiquetado este descubrimiento como "vidrio dinámico".

"Al subir la temperatura, Nuestros estudios desentrañaron la aparición de lugares caóticos errantes entre regiones heladas y aparentemente inertes. El nombre de vidrio dinámico se deriva de esta misma fragmentación, como la palabra 'dinámico' sugiere el rápido desarrollo del caos, mientras que la palabra 'vidrio' apunta a fenómenos que requieren una escala de tiempo extremadamente larga pero finita para ocurrir, "explica Carlo Danieli, un miembro del equipo.

La comprensión del mecanismo y las escalas de tiempo necesarias para que se desarrollen la ergodicidad y el caotismo es el núcleo de una gran cantidad de avances recientes en la física de la materia condensada. El equipo espera que esto allane el camino para evaluar varios problemas sin resolver en muchos sistemas corporales, desde la conductividad térmica anómala hasta la termalización.

Los investigadores también esperan que el vidrio dinámico observado sea una propiedad genérica de las redes de granos superconductores a través del acoplamiento de Josephson, independientemente de su dimensionalidad espacial. Es más, Se conjetura que un amplio conjunto de sistemas de muchos cuerpos débilmente no integrables se convierten en vidrios dinámicos a medida que se acercan a regímenes de temperatura específicos. Una tarea igualmente encantadora y desafiante es la aspiración del equipo de demostrar la existencia de un vidrio dinámico en sistemas cuánticos de muchos cuerpos. y establecer su conexión con los fenómenos de localización de muchos cuerpos.

Flach dice:"Esperamos que estos hallazgos abran un nuevo lugar para evaluar y comprender los fenómenos relacionados con la localización de muchos cuerpos y la cristalinidad en una gran cantidad de sistemas de muchos cuerpos débilmente no integrables".