Los físicos de NUS han descubierto un comportamiento teórico conocido como "efecto piel crítico" que influye en cómo se producen los cambios entre las diferentes fases de la materia.

Las transiciones de fase son omnipresentes en el mundo que nos rodea, abarcando procesos comunes como la congelación y la evaporación. De particular interés son las transiciones de fase de segundo orden, donde el sistema en el punto de transición alcanza un estado llamado crítico caracterizado por un orden de largo alcance y una susceptibilidad extrema a las perturbaciones. Un ejemplo paradigmático es la transición ferromagnética, donde los grupos de espines correlacionados crecen cada vez más a medida que se baja la temperatura, hasta que se fusionen en una sola fase ordenada con todos los giros apuntando en la misma dirección. Debido a su atractivo universal e intuitivo, el concepto de criticidad también ha penetrado en otros campos como el modelado de caídas de los mercados financieros. Como concepto teórico, La criticidad también ha inspirado avances en temas profundos como la teoría del campo conforme, percolación y fractales.

Un equipo de investigación dirigido por el profesor GONG Jiangbin y el profesor LEE Ching Hua, ambos del Departamento de Física, NUS ha descubierto una nueva forma de comportamiento crítico conocida como "Efecto crítico de la piel" (ver Figura). Este descubrimiento amplía el alcance de las transiciones de fase crítica conocidas a los sistemas que no están en equilibrio que, a diferencia de los sistemas de equilibrio convencionales gobernados por una evolución temporal unitaria, son sistemas abiertos que experimentan ganancias o pérdidas debido a sus interacciones externas. Últimamente, Se ha reconocido ampliamente que los sistemas que no están en equilibrio pueden experimentar una amplificación dramática dirigida de largo alcance que cambia la naturaleza cualitativa del sistema. en un nuevo fenómeno conocido como efecto piel no hermitiana (NHSE). Esto inspiró al equipo de investigación, que incluye al Dr. LI Linhu (quien recientemente se unió a la Universidad Sun Yat-sen (Zhuhai), China) y el Sr. MU Sen (estudiante de doctorado), preguntar cómo la interacción entre el NHSE y el estado crítico puede resultar en una nueva física.

El equipo descubrió que en un sistema sin equilibrio, incluso cambiar el tamaño del sistema puede afectar profundamente su estado. Por ejemplo, un sistema puede ser aislante (con huecos) en tamaños pequeños, pero metálico (sin espacios) en tamaños más grandes. O, puede poseer modos topológicos para ciertos tamaños de sistemas pero no para otros. Esta observación es contradictoria, dado que normalmente no esperamos que la introducción de sitios adicionales cambie la naturaleza cualitativa del estado, al igual que un imán no debe desmagnetizarse espontáneamente si lo cortamos por la mitad. Es más, el concepto mismo de límite termodinámico se pone ahora en tela de juicio, ya que existe una nueva clase de estados que se alterarán invariablemente a medida que el tamaño del sistema aumente hasta el infinito.

Profesor Lee, quien primero conectó los puntos entre la evidencia numérica aparentemente paradójica, explicado, "El" efecto piel crítico "provoca un cambio de paradigma en la forma en que pensamos sobre el comportamiento crítico y el orden a largo plazo. Cuando los efectos de desequilibrio contribuyen con su parte de influencias a largo plazo, nos vemos obligados a reformular ciertos conceptos que generalmente se dan por sentados, como la llamada zona de Brillouin generalizada ".

Curiosamente, los estados críticos de la piel pueden incluso exhibir un comportamiento libre de escamas mientras decaen exponencialmente en el espacio, contrariamente a los estados críticos convencionales que son casi sinónimos de decadencia espacial de ley de potencia. También poseen un comportamiento de entropía de entrelazamiento inusual dependiente del tamaño, desafiar los enfoques habituales para caracterizar estados críticos a través de su escala de entropía de entrelazamiento.

El profesor Gong dijo:"En los últimos años, Los estudios de fenómenos no hermitianos desde la perspectiva de la física de la materia condensada han aumentado significativamente. Dado que incluso un concepto bien conocido como los estados críticos ahora puede asumir nuevos significados, no podemos permitirnos el lujo de limitar nuestra imaginación sobre lo que vendrá después ".

Más allá de su interés teórico, este descubrimiento también es relevante para las aplicaciones de dispositivos de detección y conmutación. Por ejemplo, Se puede programar un circuito de detección para detectar diferentes tipos de señales, ya que su longitud efectiva se varía a través de interruptores. Como prueba de principio, el equipo está planeando actualmente demostrar este nuevo tipo de transición de fase crítica a través de circuitos electrónicos RLC, donde el espectro detallado se puede mapear a través de medidas de impedancia "topoeléctricas".