Novedades relativa a QSpec-NewMat: nuevas herramientas para comprender mejor los fenómenos de materiales
El proyecto QSpec-NewMat, financiado por el Consejo Europeo de Investigación (CEI), diseñó las herramientas sobre la base de los principios de la teoría del funcional de la densidad dependiente del tiempo y la electrodinámica cuántica (EDC). Esto dio lugar a un nuevo enfoque denominado teoría del funcional de la densidad electrodinámica cuántica (QEDFT, por sus siglas en inglés). Las herramientas se valen de la luz para comprender y controlar fenómenos cuánticos en sistemas complejos en equilibrio y sin equilibrio. QSpec-NewMat ha continuado su línea de investigación estudiando la física de la EDC de cavidades de estados correlacionados de luz y materia, como los estados Hall cuánticos enteros y fraccionarios. «En este caso, una dirección especialmente atractiva para los estudios es potenciar la superconductividad en una cavidad óptica», afirma Ángel Rubio, coordinador del proyecto y director del Instituto Max Planck de Estructura y Dinámica de la Materia (Alemania). «Uno de los aspectos más fascinantes de los fenómenos cuánticos mediados por la EDC de cavidades se observa en el régimen de acoplamiento fuerte entre luz y materia, cuando el "campo de luz" no tiene su origen en un campo láser externo, sino en las fluctuaciones del vacío de la cavidad». Este hecho marca una clara diferencia entre la física de la EDC de cavidades y los fenómenos ópticos no lineales ordinarios inducidos por un campo externo fuerte, que indefectiblemente involucran estados excitados o sin equilibrio de la materia. En consecuencia, esto supone nuevas e interesantes oportunidades de analizar la interacción de la luz cuantificada con sistemas cuánticos de muchos cuerpos. Además, esto ha permitido formular varias predicciones interesantes, como la potenciación de la superconductividad, la generación de transiciones paraeléctricas-ferroeléctricas en perovskitas, la inducción de fases topológicas emergentes y el control de reacciones fotoquímicas (la inhibición, dirección e incluso catalización de un proceso químico y la transferencia de energía). Una idea novedosa es el control en cavidades de interacciones de muchos cuerpos. Al modificar el hamiltoniano de una sola partícula mediante el acoplamiento de la materia de la cavidad, se pueden elegir los términos de interacción pertinentes y, de este modo, controlar la forma de sus interacciones efectivas. Otra pregunta interesante es si las cavidades ópticas pueden servir como plataformas para la realización en estado sólido de conceptos de la física de partículas, así como para la realización de nuevas cuasipartículas fermiónicas en cavidades. «Estos avances en el campo del control de materiales dependen de que se cuente con unos primeros principios versátiles y exactos que incorporen todos los niveles de libertad importantes (fotones, electrones, fonones y el entorno) en igualdad de condiciones», concluye Rubio. «Gracias en parte a los fondos del CEI, se han desarrollado los novedosos marcos teóricos de la QEDFT y la EDC de clusters acoplados a fin de afrontar este desafío».
Palabras clave
QSpec-NewMat, cuántico, material, material complejo, electrodinámica cuántica, teoría del funcional de la densidad electrodinámica cuántica, cavidad, luz