Electrones forman un cristal líquido

Manuel Carlevaro. Instituto de Física de Líquidos y Sistemas Biológicos (CONICET - UNLP).

Un experimento realizado sobre el óxido de un metal de transición muestra que en condiciones muy especiales un líquido de electrones presenta resistencias diferentes en direcciones diferentes. Es la primera evidencia directa de la existencia de una fase con anisotropía (nemática) en un líquido de electrones. El trabajo de R. A. Borzi y S. A. Grigera, de la Universidad Nacional de La Plata y el CONICET, en colaboración con J. Farrell, R. S. Perry, S. J. S. Lister, S. I. Lee, D. A. Tennant, Y. Maeno y A. P. Mackenzie, presenta medidas de resistencia eléctrica en cristales de Sr3Ru2O7 de alta pureza.

Para un rango muy estrecho campos magnéticos aplicados y a temperaturas inferiores a 1 K, en la vecindad de un punto crítico metamagnético, la resistencia eléctrica en una dirección es dos veces mayor que en la dirección perpendicular a ésta. Este tipo de anisotropía ha sido observada con anterioridad pero el efecto podría explicarse si fuera producido por deformaciones espontáneas del cristal formado por los iones del material y no debida a los electrones de conducción.

Los investigadores muestran que para este material la deformación del cristal de iones es imperceptible y que el efecto obtenido se debe esencialmente a la formación de una nueva fase del fluido de electrones de conducción. Los líquidos anisótropos o nemáticos son comunes en fluidos moleculares. Las moléculas con formas alargadas tienden a alinearse unas con otras de modo que las propiedades del fluido son diferentes en la dirección paralela al eje longitudinal de las moléculas y en la dirección perpendicular a esta. Los electrones en cambio son partículas puntuales y no pueden orientarse.

Sin embargo, según comenta E. Fradkin de la Universidad de Illinois, los electrones podrían ordenarse en forma de una red regular anisótropa: con forma tiras en una dirección. Si esta red de electrones se desordena parcialmente, en un sentido cuántico, se podría transformar en un fluido de tiras de electrones. Estas tiras de electrones se comportarían como las moléculas alargadas de un líquido nemático clásico.

Este modelo explicaría los hallazgos de Borzi y colaboradores. Los autores del trabajo aseguran que algunas características del fenómeno sugieren que la formación de un líquido de electrones nemático puede presentarse en otros materiales que se usan para la fabricación de componentes electrónicos como el arseniuro de galio (GaAs). R. Borzi comenta sobre este punto: "Yo diría que intentamos unir intuitivamente, con éxito modesto, lo que ocurre en ambos sistemas: el nuestro y otro más exótico, basado en GaAs".

Trabajo original: Science, vol. 315, pp. 214 (2007)

Instituciones: Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas (CONICET ), Departamento de Física de La Plata (UNLP ), Instituto de Física de Líquidos y Sistemas Biológicos (CONICET), Escuela de Física y Astronomía de San Andrés (Escocia), Instituto Hahn-Meitner (Alemania), Departamento de Física de Kyoto (Japón).

Contacto: R. A. Borzi (E-mail: [email protected] )

Más información: Comentarios de E. Fradkin y colaboradores , cristales líquidos .