Triángulos contra franjas: la competencia de órdenes en un gas cuántico dipolar ✛

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Dos bailarines en un mismo escenario: el triángulo y la franja. En un gas cuántico de átomos de disprosio enfriado a 62 nanokelvins, estas dos estructuras espaciales se encontraron por primera vez en un mismo experimento. El gas se mantiene en una trampa que recuerda a una tabla de surf, y sus átomos están entre los más magnéticos de la tabla periódica. Sus momentos magnéticos son diez veces más fuertes que los de los átomos alcalinos típicos, por lo que los átomos se sienten entre sí a distancia, como pequeños imanes. Esa interacción de largo alcance es la que genera el orden.

Los físicos variaron dos parámetros: la fuerza de la interacción de contacto, controlando el campo magnético a través de una resonancia de Feshbach, y la inclinación de los dipolos, girándolos desde 0 hasta 70 grados. Con ángulos de inclinación pequeños, los átomos se agrupaban en una red triangular de gotas, como burbujas en la superficie del agua. Cuando los dipolos se inclinaban más, el panorama cambiaba: las gotas se estiraban formando franjas que corrían a lo largo de la dirección de inclinación. La transición entre los dos patrones no era abrupta. En la región intermedia, el parámetro de orden R —la relación entre las amplitudes de los dos picos principales en el espectro de potencia— mostraba fluctuaciones intensificadas. La estadística de esas fluctuaciones se desviaba de la gaussiana, lo que indica un comportamiento crítico similar al de las transiciones de fase en otros sistemas.

Ambas estructuras existían tanto en el régimen superfluido, cuando las fases de los átomos están coordinadas, como en el aislante, cuando se pierde la coherencia. El rango de coherencia de fase en función de la longitud de dispersión fue de aproximadamente cinco radios de Bohr —la distancia a la que los átomos aún "sienten" la onda cuántica común. Las imágenes tras la expansión libre mostraban franjas de interferencia reproducibles de un experimento a otro, con lo que se verificaba que la superfluidez no desaparecía al cambiar el patrón. Antes, la teoría predecía un diagrama de fases rico, con estructuras de panal y otras, pero el experimento iba por detrás. Ahora, los dos principales competidores se han encontrado en una misma trampa.

Los dos bailarines en el escenario ya no bailan en solitario. Su rivalidad abre el camino para estudiar cómo las propiedades superfluidas se entrelazan con la reorganización del orden cristalino. El siguiente paso es escuchar la música de sus excitaciones colectivas: los sólidos superfluidos triangulares y de franjas deberían sonar de manera distinta. Quizás en esas diferencias se esconda la clave para entender los órdenes en competencia en los líquidos cuánticos y en los materiales complejos.