Espines al borde de un ataque de nervios

Los vidrios de espín son materiales que se obtienen mediante la sustitución al azar de átomos metálicos por átomos magnéticos. De comportamiento similar a las vidrieras de las catedrales, el desorden y la frustración de sus átomos les confieren propiedades muy atractivas en el campo de los sistemas complejos.

Como hemos sustituido átomos metálicos al azar, los electrones del metal viven en un ambiente muy desordenado y esto produce un tipo especial de interacción entre estos electrones y las impurezas magnéticas introducidas. A su vez, este desorden produce también un efecto de frustración, lo que hace que sea muy complicado que los elementos del vidrio de espín se pongan de acuerdo y "trabajen" al unísono. Ocurre exactamente igual que en un grupo humano: si A es amigo de B y enemigo de C, ¿B y C serán amigos o enemigos? El efecto combinado del desorden y la frustración hacen de estos materiales unos ejemplos muy interesantes de los sistemas complejos, en los que un sistema es mucho más que la suma de sus partes.



Comportamiento sorprendente de los vidrios de espín

Los vidrios de espín presentan, además de los comportamientos anteriormente descritos, unas propiedades muy atrayentes. Así, y desde el punto de vista formal, Giorgio Parisi, físico teórico de la Universidad de Roma La Sapienza, encontró, resolviendo una versión más sencilla de las ecuaciones que los describen, que estos vidrios deberían presentar unas propiedades muy sorprendentes cuando eran enfriados a temperaturas muy bajas (unos -250 ºC): un número muy grande-infinito- de fases que se organizarían de una manera muy parecida a las especies biológicas en un árbol taxonómico. Recordemos que la materia se puede presentar en fase líquida, gaseosa o sólida, y que los imanes pueden presentar fases paramagnéticas (sin imanación) o ferromagnética (con imanación) dependiendo de su temperatura.

Esta solución encontrada por Parisi describe bastante bien, aunque aún hay científicos que discrepan, los vidrios de espín reales. Para comprobarla, ha sido necesario un grandísimo esfuerzo, fundamentalmente computacional, que ha hecho necesario el desarrollo de nuevos algoritmos de simulación y también la construcción de nuevos ordenadores dedicados, es decir, ordenadores que son extraordinariamente eficientes en simular una clase de sistemas, pero son muy poco eficaces simulando el resto. Podemos citar la familia de ordenadores Janus desarrollada dentro de una colaboración hispano-italiana (Extremadura-Madrid-Zaragoza-Ferrara-Roma). Estos ordenadores están basados en unos dispositivos electrónicos denominados FPGA (muchos electrodomésticos domésticos tienen uno) que permiten con un tiempo de simulación de alrededor de varios meses reproducir casi un segundo de un experimento, lo que ha permitido comprobar los resultados teóricos con experimentos reales.

Finalmente, reseñar, que aunque actualmente estos vidrios de espín no se usan en el diseño de dispositivos tecnológicos, muchos de los resultados teóricos encontrados se están aplicando con gran éxito en diferentes campos de la ciencia y la tecnología (fundamentalmente en solución de problemas complejos y de optimización) y también están siendo muy relevantes en el estudio de los vidrios normales (los de las catedrales), cerrándose así, de alguna manera, el círculo.

Juan Jesús Ruiz-Lorenzo es profesor titular de Física Teórica de la Universidad de Extremadura y miembro del Grupo de Investigación de Física Estadística (SPhinX)

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