Punto crítico cuántico

Un punto crítico cuántico es un punto en el diagrama de fase de un material donde tiene lugar una transición de fase continua en el cero absoluto . Un punto crítico cuántico se logra típicamente mediante una supresión continua de una transición de fase de temperatura distinta de cero a temperatura cero mediante la aplicación de una presión, campo o mediante dopaje. Las transiciones de fase convencionales ocurren a temperaturas distintas de cero cuando el crecimiento de fluctuaciones térmicas aleatorias conduce a un cambio en el estado físico de un sistema. La investigación de la física de la materia condensada durante las últimas décadas ha revelado una nueva clase de transiciones de fase llamadas transiciones de fase cuántica [1]que tienen lugar en el cero absoluto . En ausencia de las fluctuaciones térmicas que desencadenan las transiciones de fase convencionales, las transiciones de fase cuántica son impulsadas por las fluctuaciones cuánticas de punto cero asociadas con el principio de incertidumbre de Heisenberg .

Dentro de la clase de transiciones de fase, hay dos categorías principales: en una transición de fase de primer orden , las propiedades cambian de manera discontinua, como en la fusión de un sólido, mientras que en una transición de fase de segundo orden , el estado del sistema cambia de manera continua. Moda. Las transiciones de fase de segundo orden están marcadas por el crecimiento de fluctuaciones en escalas de longitud cada vez más largas. Estas fluctuaciones se denominan "fluctuaciones críticas". En el punto crítico donde ocurre una transición de segundo orden, las fluctuaciones críticas son invariantes en escala.y extenderse por todo el sistema. En una transición de fase de temperatura distinta de cero, las fluctuaciones que se desarrollan en un punto crítico están gobernadas por la física clásica, porque la energía característica de las fluctuaciones cuánticas es siempre menor que la energía térmica característica de Boltzmann .

En un punto crítico cuántico, las fluctuaciones críticas son de naturaleza mecánica cuántica, exhibiendo invariancia de escala tanto en el espacio como en el tiempo. A diferencia de los puntos críticos clásicos, donde las fluctuaciones críticas se limitan a una región estrecha alrededor de la transición de fase, la influencia de un punto crítico cuántico se siente en un amplio rango de temperaturas por encima del punto crítico cuántico, por lo que el efecto de la criticidad cuántica se siente sin nunca alcanzando el cero absoluto. La criticidad cuántica se observó por primera vez en ferroeléctricos , en los que la temperatura de transición ferroeléctrica se reduce a cero.

Se ha observado que una amplia variedad de ferromagnetos y antiferromagnetos metálicos desarrollan un comportamiento crítico cuántico cuando su temperatura de transición magnética se reduce a cero mediante la aplicación de presión, dopaje químico o campos magnéticos. En estos casos, las propiedades del metal se transforman radicalmente por las fluctuaciones críticas, apartándose cualitativamente del comportamiento líquido estándar de Fermi , para formar un estado metálico a veces llamado líquido no Fermi o "metal extraño". Existe un interés particular en estos estados metálicos inusuales, que se cree que exhiben una marcada preponderancia hacia el desarrollo de la superconductividad.. También se ha demostrado que las fluctuaciones críticas cuánticas impulsan la formación de fases magnéticas exóticas en las proximidades de los puntos críticos cuánticos. [2]