Investigadores de la UB identifican una transición de fase de orden mixto
Las transiciones de fase son fenómenos de transformación de la materia —tales como la ebullición o la congelación del agua— muy relevantes para la vida cotidiana. La clasificación actual distingue tres tipos: las transiciones de primer y de segundo orden, definidas desde los años 30, y las llamadas transiciones de orden mixto, que se predijeron teóricamente en 1969 y que reunen características de las otras dos. Ahora, un equipo de la Universidad de Barcelona, en un artículo publicado en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), ha predicho teóricamente y observado experimentalmente una transición de fase de orden mixto en un cristal coloidal magnético, es decir un sólido formado por micropartículas magnéticas en suspensión.
Las transiciones de fase son fenómenos de transformación de la materia —tales como la ebullición o la congelación del agua— muy relevantes para la vida cotidiana. La clasificación actual distingue tres tipos: las transiciones de primer y de segundo orden, definidas desde los años 30, y las llamadas transiciones de orden mixto, que se predijeron teóricamente en 1969 y que reunen características de las otras dos. Ahora, un equipo de la Universidad de Barcelona, en un artículo publicado en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), ha predicho teóricamente y observado experimentalmente una transición de fase de orden mixto en un cristal coloidal magnético, es decir un sólido formado por micropartículas magnéticas en suspensión.
«Este resultado constituye la primera realización experimental de una transición de orden mixto. Por otra parte, el sistema coloidal que hemos desarrollado podría convertirse en un sistema experimental paradigmático para poder estudiar experimentalmente las propiedades de las transiciones de orden mixto, hasta ahora solo descritas en la teoría», explica Ricard Alert, investigador del Instituto de Sistemas Complejos (UBICS) y primer firmante del artículo. En la investigación también han participado dos investigadores del mismo instituto: el catedrático Jaume Casademunt y Pietro Tierno, también miembro del Instituto de Nanociencia y Nanotecnología (IN2UB).
Nuevo hito en el campo de las transiciones de fase
Las transiciones de primer orden se caracterizan por presentar una discontinuidad en el cambio de fase. Por ejemplo: el agua experimenta una disminución repentina de densidad en el punto de congelación y en el de ebullición, cuando el agua líquida pasa a la fase sólida y la gaseosa, respectivamente. En el caso de las transiciones de segundo orden, el sistema evoluciona de forma continua entre una fase y otra. Siguiendo con el ejemplo del agua, a unos 374 ºC y una presión de 218 atmósferas, alcanza el llamado punto crítico, en el que la densidad de la fase líquida y de la fase gaseosa llegan a ser iguales. Así pues, la transición del agua entre esas fases a través del punto crítico es continua y, por tanto, de segundo orden. Además, un sistema en el punto crítico adquiere unas propiedades extraordinarias, haciéndose infinitamente susceptible a pequeños cambios o perturbaciones. En el caso de un fluido, por ejemplo, ello da lugar a fluctuaciones de densidad muy grandes, que hacen que el fluido sea opaco: es lo que se conoce como opalescencia crítica.
En 1969, David J. Thouless —galardonado con el Premio Nobel de Física en 2016— predijo una transición de fase que, pese a presentar características de las transiciones de segundo orden, era discontinua como las de primer orden. Este hallazgo llevó a ampliar la clasificación de las transiciones de fase, a la que se añadieron las transiciones de orden mixto. Aunque hasta ahora se habían predicho teóricamente estas transiciones en una amplia variedad de fenómenos, nunca se habían podido observar en un sistema experimental en equilibrio. Para conseguirlo, el equipo de la UB, diseñó un sistema formado por partículas paramagnéticas en suspensión que componen un patrón cristalino controlable mediante campos magnéticos externos.
Referencia del artículo:
R. Alert, P. Tierno, y J. Casademunt. «Mixed-order phase transition in a colloidal crystal». Proceedings of the National Academy of Sciences, 2017. Doi: 10.1073/pnas.1712584114