Pero unos químicos han descubierto un comportamiento sorprendente: en ciertos materiales, ¡los átomos pueden congelarse incluso cuando aumenta la temperatura! Un fenómeno que parece contradecir las leyes clásicas de la física. Sin embargo, este descubrimiento es muy real y podría abrir el camino a materiales capaces de mantener propiedades especiales —como ser magnéticos o producir electricidad bajo presión— incluso a temperatura ambiente.
En general, cuanto más caliente está un material, más se agitan sus átomos o moléculas en todas direcciones. Este movimiento provoca desorden y, por tanto, un aumento de la entropía. Por el contrario, cuando enfriamos un material, sus átomos pueden estabilizarse en una posición muy precisa: entonces decimos que se han "congelado".
Es en estos estados bien ordenados, obtenidos a baja temperatura, donde aparecen ciertas propiedades interesantes, como la ferroelasticidad (capacidad de producir tensión eléctrica bajo presión) o la magnetización. El problema es que estos efectos generalmente solo funcionan en frío, lo que limita su uso.
Pero investigadores de Rennes y Burdeos acaban de demostrar que en ciertos materiales particulares, ¡los átomos pueden congelarse al aumentar la temperatura! Una observación aparentemente contraria a las leyes de la termodinámica que imponen un aumento del desorden con la temperatura, pero que los científicos han logrado explicar.
El material que estudiaron presenta dos estados magnéticos estables según su temperatura. A baja temperatura, los electrones se agrupan en pares y el estado magnético se considera ordenado. El calentamiento a temperatura ambiente conduce a un estado magnético desordenado donde los electrones ya no están emparejados.
El calentamiento favorece entonces un desorden electrónico (o entropía magnética) que compite con la entropía relacionada con la posición de los átomos. El estudio muestra que la entropía total del sistema aumenta efectivamente con la temperatura, como exigen las leyes de la termodinámica, y que es la entropía magnética la que domina, permitiendo a los átomos conservar a alta temperatura la posición "congelada" que adoptan a baja temperatura.
Estos resultados, publicados en Materials Horizons, muestran que combinar desorden electrónico y orden atómico podría conducir a nuevos materiales para sensores, memorias u otros dispositivos.
Referencia:
Francisco Javier Valverde-Muñoz, Ricardo Guillermo Torres Ramírez, Elzbieta Trzop, Thierry Bataille, Nathalie Daro, Dominique Denux, Philippe Guionneau, Hervé Cailleau, Guillaume Chastanet, Boris Le Guennic & Eric Collet.
Stabilizing low symmetry-based functions of materials at room temperature through isosymmetric electronic bistability
Materials Horizons 2025
https://doi.org/10.1039/D4MH01318B