En el punto en el que se divide el paisaje energético, la cadena de alta simetría decae a un estado de simetría más baja cuando se pasa el punto crítico. En este caso, una cadena recta se descompone en una configuración en zig-zag cuando la anisotropía \ lambda (t) pasa un valor crítico \ lambda_ {c}. Donde dos iones consecutivos caen en el mismo lado, un estado de mayor energía a nivel local, observamos un defecto. Crédito:Fernando Gómez-Ruiz - Centro Internacional de Física de Donostia
Prácticas de verano en Bilbao, España, ha llevado a un artículo en la revista Cartas de revisión física para Jack Mayo, estudiante de maestría en la Universidad de Groningen, Los países bajos. Ha ayudado a crear un modelo universal que puede predecir la distribución de números de defectos topológicos en sistemas que no están en equilibrio. Los resultados se pueden aplicar a la computación cuántica y a los estudios sobre el origen de la estructura en el Universo temprano.
Mayonesa, estudiante del Programa Superior de Maestría en Nanociencia en el Instituto Zernike de Materiales Avanzados de la Universidad de Groningen, Pasó sus vacaciones de verano de 2019 en la costa vasca inmerso en la física teórica. El proyecto en el que participó tuvo lugar en el grupo de investigación liderado por el profesor Adolfo del Campo en el Centro Internacional de Física de Donostia (DIPC), y tenía como objetivo resolver un problema de computación cuántica, pero tiene implicaciones mucho más amplias, desde los imanes a nanoescala hasta el cosmos. En todos estos sistemas, el inicio del orden (por ejemplo, orden inducida por enfriamiento) casi siempre va acompañada del desarrollo de defectos. "Tomemos un sistema en el que las partículas tienen un momento magnético que puede cambiar entre arriba y abajo, "Explica Mayo." Si aumenta su interacción atractiva, comenzarán a alinearse entre sí ".
Cristales de hielo
Esta alineación comenzará en ciertos puntos no correlacionados en un medio y luego crecerá, como cristales de hielo en el agua. La alineación de cada dominio (hacia arriba o hacia abajo en el ejemplo de los momentos magnéticos) es una cuestión de azar. "Las alineaciones locales crecerán hacia afuera y, en una determinada etapa, los dominios comenzarán a encontrarse e interactuar, "dice Mayo. Por ejemplo, si un dominio ascendente se encuentra con un dominio descendente, el resultado será un muro de dominio en su interfaz:un defecto que rompe la simetría en la estructura ordenada, dejando atrás un artefacto del material en su fase de simetría superior.
Este recocido de un medio se describe mediante el mecanismo Kibble-Zurek, originalmente diseñado para explicar cómo una transición de fase resultó en estructuras ordenadas en el Universo temprano. Posteriormente se descubrió que podría usarse para describir la transición del helio líquido de una fase fluida a una superfluida. "El mecanismo es universal y también se utiliza en la computación cuántica basada en el recocido cuántico, "explica Mayo. Esta tecnología ya está en el mercado y es capaz de resolver acertijos complejos como el problema del viajante. Sin embargo, Un problema con este tipo de trabajo es que los defectos que ocurren durante el proceso de recocido distorsionarán los resultados.
Transiciones de fase
El número de defectos que aparecen en el recocido cuántico depende del tiempo necesario para pasar la transición de fase. "Si tiene millones de años para cambiar lentamente las interacciones entre unidades, no consigues defectos, pero eso no es muy práctico, "Observa Mayo. El truco está en diseñar cronogramas de tiempo finito, y por lo tanto más prácticos, para obtener un número aceptable de defectos con alta probabilidad. El proyecto de investigación en el que participó tenía como objetivo crear un modelo que pudiera estimar el número de defectos y orientar el diseño óptimo de estos sistemas.
Modelo estadístico
Para hacer esto, los físicos utilizaron herramientas teóricas para describir las transiciones de fase y simulaciones numéricas para estimar la distribución de defectos durante el enfriamiento. Como cada dominio puede tener uno de dos valores (arriba o abajo en el ejemplo de los momentos magnéticos), podrían estimar las posibilidades de que dos dominios opuestos se encuentren y creen un defecto. Esto llevó a un modelo estadístico basado en la distribución binomial, que podría usarse para predecir cómo se debe enfriar un sistema para crear el menor número de defectos. El modelo se verificó con simulaciones numéricas independientes y pareció funcionar bien. Este nuevo modelo fue descrito en un artículo que se publicó el 17 de junio en Cartas de revisión física y estuvo acompañado de un "Punto de vista" publicado en Física, un comentario sobre los resultados del profesor físico independiente Smitha Vishveshwara de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign.
