Los estados metaestables son los que tienen una estabilidad débil y, por tanto, duran periodos de tiempo cortos / Imagen: izquierda: estado estable. Derecha: estado metaestable

Cómo se puede formar un nuevo estado metaestable sin tener que sobrepasar ninguna barrera energética

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Un equipo del Departamento de Física de la Materia Condensada formado por los investigadores Ricard Alert, Pietro Tierno y Jaume Casademunt ha publicado en la revista Nature Communications un trabajo en el que se describe un nuevo mecanismo para formar estados metaestables de manera simultánea a la formación de estados estables.

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El sistema diseñado por los investigadores de la UB permite formar un estado metaestable directamente y de manera simultánea a la formación del estado estable final.

El sistema diseñado por los investigadores de la UB permite formar un estado metaestable directamente y de manera simultánea a la formación del estado estable final.

UB / Los estados metaestables son los que tienen una estabilidad débil y, por tanto, duran periodos de tiempo cortos. El ejemplo más conocido es el del agua, que, en ciertas condiciones, puede mantenerse en estado líquido por debajo de los 0 ºC (sobreenfriada), a pesar de que su estado estable a esas temperaturas es el estado sólido (hielo). Este fenómeno se debe a que, para iniciar el proceso de solidificación, es necesaria cierta energía, y reunir esa energía requiere un tiempo durante el cual el sistema se mantiene en este estado metaestable. El proceso por el que se inicia la solidificación al superar la barrera energética se denomina nucleación.

Hasta ahora, la única manera de formar espontáneamente un estado metaestable era partiendo de otro estado metaestable, tras superar la correspondiente barrera energética. Pero el equipo de la Universidad de Barcelona ha descubierto cómo se puede formar un nuevo estado metaestable sin tener que sobrepasar ninguna barrera energética. El trabajo muestra cómo, en el sistema de cristales coloidales magnéticos diseñado por los investigadores de la UB, un estado metaestable se forma directamente y de manera simultánea a la formación del estado estable final, a través de un proceso llamado descomposición espinodal. En la analogía del agua, sería como si, partiendo de una cierta estructura cristalina del hielo, se formara una estructura sólida diferente a la vez que se forma agua líquida sobreenfriada (pese a la analogía, este proceso no es posible en el caso del agua).

Los investigadores han estudiado cómo se produce la transición entre dos estructuras diferentes de este cristal coloidal cuando se varía el campo magnético y han constatado que varios fenómenos inesperados tienen lugar en el transcurso de esta transición. Según Ricard Alert, primer autor del artículo, «nuestros resultados abren un nuevo escenario en el campo de las transiciones de fase, en el que predecimos una serie de fenómenos que no estaban previstos en la teoría clásica».

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Referencia del artículo:
R. Alert, P. Tierno y J. Casademunt. «Formation of metastable phases by spinodal decomposition». Nature Communications, octubre de 2016. Doi: 10.1038/ncomms13067
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