Estados ocultos de la materia - Hidden states of matter
Un estado oculto de la materia es un estado de la materia que no se puede alcanzar en condiciones ergódicas y, por lo tanto, es distinto de las fases termodinámicas conocidas del material. Existen ejemplos en los sistemas de materia condensada, y típicamente se alcanzan mediante las condiciones no ergódicas creadas a través de la fotoexcitación láser. También se han informado estados ocultos de la materia de corta duración en cristales que utilizan láseres. Recientemente se descubrió un estado oculto persistente en un cristal de sulfuro de tantalio (IV) (TaS 2 ), donde el estado es estable a bajas temperaturas. Un estado oculto de la materia no debe confundirse con un orden oculto , que existe en equilibrio, pero que no es inmediatamente aparente ni fácil de observar.
Utilizando pulsos de láser ultracortos que inciden en la materia en estado sólido, el sistema puede desequilibrarse de manera que no solo los subsistemas individuales están fuera de equilibrio entre sí, sino también internamente. En tales condiciones, pueden crearse nuevos estados de la materia que de otro modo no serían alcanzables en equilibrio, evolución del sistema ergódico. Estos estados suelen ser inestables y decaen muy rápidamente, normalmente en nanosegundos o menos. La dificultad radica en distinguir un estado oculto genuino de uno que simplemente está fuera de equilibrio térmico.
Probablemente, el primer caso de un estado fotoinducido se describe para el compuesto molecular orgánico TTF-CA, que cambia de especie neutra a iónica como resultado de la excitación por pulsos de láser. Sin embargo, también es posible una transformación similar mediante la aplicación de presión, por lo que, estrictamente hablando, la transición fotoinducida no es a un estado oculto según la definición dada en el párrafo introductorio. Se dan algunos ejemplos adicionales en la ref. Se ha demostrado que la fotoexcitación produce estados persistentes en los vanadatos y los materiales de manganita, lo que lleva a caminos filamentosos de una fase ordenada de carga modificada que es sostenida por una corriente que pasa. También se informó de superconductividad transitoria en cupratos .
Una transición fotoexcitada a un estado H
En la Figura (Después) se muestra un diagrama esquemático hipotético para la transición a un estado H por fotoexcitación. Un fotón absorbido hace que un electrón pase del estado fundamental G a un estado excitado E (flecha roja). El estado E se relaja rápidamente a través de la relajación de Frank-Condon a un estado intermedio reordenado localmente I. A través de interacciones con otros de su tipo, este estado ordena colectivamente formar un estado metaestable H ordenado macroscópicamente, reduciendo aún más su energía como resultado. El nuevo estado tiene una simetría rota con respecto al estado G o E, y también puede implicar una mayor relajación en comparación con el estado I. La barrera E B evita que el estado H vuelva al estado fundamental G. Si la barrera es lo suficientemente grande en comparación con la energía térmica k B T, donde k B es la constante de Boltzmann , el estado H puede ser estable indefinidamente.
