En física del estado sólido, las interacciones precisas de los electrones se analizan a través de un meticuloso trabajo de detective, en última instancia, para obtener una mejor comprensión de los fenómenos físicos fundamentales.

No es ninguna sorpresa para los fanáticos del género de suspenso que para resolver un caso, las huellas dactilares deben ubicarse cuidadosamente en la escena del crimen. En la física del estado sólido de hoy en día, los científicos buscan procesos de dispersión (interacciones entre electrones) que contienen las pistas necesarias para acercarse a la verdad.

Revelar estos consejos cruciales es particularmente difícil en el caso de materiales complejos, donde muchos electrones juegan un papel simultáneamente. En los llamados "sistemas de muchos electrones, "Se pueden conectar billones de electrones entre sí e intercambiar energía e impulso. En la Universidad Tecnológica de Viena, la Universidad de Tübingen y la École Polytechnique de París, Los investigadores han logrado avances importantes:con la ayuda de un análisis preciso, Se identificaron nuevas estructuras:patrones característicos en los complicados procesos de dispersión que pueden ayudar a "aclarar el caso".

Procesos de dispersión y propiedades del material.

Entre otras propiedades, Los procesos de dispersión determinan la movilidad de los portadores de carga y, por lo tanto, controlan si el sistema finalmente exhibe un metal, comportamiento aislante o incluso superconductor. Simplemente pon, estas cantidades matemáticas reflejan la fuerza con la que interactúan los electrones. Con la ayuda de extensas simulaciones por computadora, Los investigadores de la materia condensada intentan precisar las propiedades físicas de los sistemas de muchos electrones, y, en última instancia, responder a preguntas fundamentales de la física del estado sólido, por ejemplo:"¿Cómo funcionan los superconductores no convencionales?" o "¿Cómo se producen las transiciones de fase física cuántica en el cero absoluto?"

Un equipo de investigación internacional, incluido el grupo del profesor Alessandro Toschi (Patrick Chalupa, Matthias Reitner und Daniel Springer) de TU Wien, La profesora Sabine Andergassen de la Universidad de Tübingen y Thomas Schäfer de la École Polytechnique de París, ha logrado importantes avances en este sentido. Un análisis en profundidad de los procesos de dispersión y su comparación en diferentes situaciones físicas permitió la identificación de "huellas dactilares" bien definidas. Los resultados del estudio fueron publicados en la revista Cartas de revisión física .

Nuevas conexiones descubiertas

Similar a los científicos forenses en la escena de un crimen, los investigadores intentaron conectar muchos pequeños detalles para tener una visión más amplia. Lograron identificar estructuras características en las complejas cantidades matemáticas que describen los procesos de dispersión y relacionar estas estructuras con dos fenómenos fundamentales de la física del estado sólido. Estos fenómenos fundamentales resultaron ser la formación de momentos magnéticos locales así como su apantallamiento debido al llamado efecto Kondo, que controlan de manera crucial la movilidad de los electrones. Esta nueva conexión permite reconocer los efectos físicos relevantes en los complejos procesos de dispersión en un solo vistazo. Al identificar estas "huellas digitales, “Incluso fue posible descubrir un criterio alternativo para determinar una de las escalas de energía más fundamentales en la física teórica del estado sólido:la temperatura de Kondo.

Finalmente, Estos hallazgos podrían arrojar nueva luz sobre misterios previamente no resueltos en la física del estado sólido, por ejemplo, criticidad cuántica en sistemas de fermiones pesados, superconductividad no convencional en materiales cuánticos fuertemente correlacionados y fenómenos magnéticos sorprendentes en óxidos de metales de transición. La determinación correcta de las huellas dactilares cuánticas subyacentes podría poner la investigación en el camino correcto para comprender estos sistemas a un nivel fundamental.