Físicos liderados por Lu Li en la Universidad de Michigan han descubierto oscilaciones cuánticas originadas en el volumen de un material aislante, desafiando suposiciones arraigadas en la física. El hallazgo, publicado en Physical Review Letters, sugiere una nueva dualidad donde los materiales pueden comportarse tanto como metales como aislantes. Este fenómeno extraño se observó utilizando imanes potentes en el National Magnetic Field Laboratory.
Lu Li, profesor de física en la Universidad de Michigan, y un equipo internacional de científicos han descubierto oscilaciones cuánticas en la capacidad calorífica del aislante Kondo de boruro de iterbio (YbB12). Estas oscilaciones, típicamente vistas en metales donde los electrones actúan como pequeños resortes vibrando en campos magnéticos, eran previamente debatidas en aislantes: si surgen de la superficie o del interior del volumen.
Los investigadores realizaron experimentos en el National Magnetic Field Laboratory, utilizando imanes de hasta 35 Tesla, aproximadamente 35 veces más fuertes que una resonancia magnética hospitalaria. Sus resultados, detallados en Physical Review Letters (2025; 135 (15)), confirman que las oscilaciones son intrínsecas al volumen del material, no solo un efecto superficial.
"Me encantaría afirmar que hay una gran aplicación, pero mi trabajo sigue alejando ese sueño", dijo Li. "Pero lo que hemos encontrado sigue siendo realmente extraño y emocionante."
El descubrimiento apunta a una "nueva dualidad" en la física, similar a la dualidad onda-partícula de la luz y la materia descubierta hace más de un siglo. Li explicó: "Efectivamente, estamos mostrando que esta imagen ingenua donde imaginábamos una superficie con buena conducción que es factible para usar en electrónica está completamente equivocada. Es todo el compuesto el que se comporta como un metal aunque sea un aislante."
La colaboración involucró a más de una docena de científicos de seis instituciones en Estados Unidos y Japón, incluyendo a Kuan-Wen Chen y estudiantes de posgrado Yuan Zhu, Guoxin Zheng, Dechen Zhang, Aaron Chan y Kaila Jenkins de la Universidad de Michigan.
"Durante años, los científicos han perseguido la respuesta a una pregunta fundamental sobre el origen de los portadores en este aislante exótico: ¿Es del volumen o de la superficie, intrínseco o extrínseco?" dijo Chen. "Estamos emocionados de proporcionar evidencia clara de que es del volumen e intrínseco."
Zhu añadió: "Confirmar que las oscilaciones son del volumen e intrínsecas es emocionante. Aún no sabemos qué tipo de partículas neutrales son responsables de la observación. Esperamos que nuestros hallazgos motiven más experimentos y trabajo teórico."
Li admitió: "Ojalá supiera qué hacer con eso, pero en esta etapa no tenemos idea. Lo que tenemos ahora es evidencia experimental de un fenómeno notable, lo hemos registrado y, con suerte, en algún momento, nos daremos cuenta de cómo usarlo."
El proyecto fue apoyado por la National Science Foundation de EE.UU., el Departamento de Energía de EE.UU., el Institute for Complex Adaptive Matter, la Gordon and Betty Moore Foundation, la Japan Society for the Promotion of Science y la Japan Science and Technology Agency.