Los materiales cuánticos son un término general en la física de la materia condensada que abarca todos los materiales cuyas propiedades esenciales no se pueden describir en términos de partículas semiclásicas y mecánica cuántica de bajo nivel . [1] Se trata de materiales que presentan fuertes correlaciones electrónicas o algún tipo de orden electrónico, como los órdenes superconductores o magnéticos, o materiales cuyas propiedades electrónicas están vinculadas a efectos cuánticos no genéricos : aislantes topológicos , sistemas de electrones de Dirac como el grafeno , así como sistemas cuyas propiedades colectivas están gobernadas por un comportamiento genuinamente cuántico, como los átomos ultrafríos , los excitones fríos , los polaritones , etc. A nivel microscópico, cuatro grados fundamentales de libertad (el de carga, espín, órbita y red) se entrelazan, dando como resultado estados electrónicos complejos; [1] el concepto de emergencia es un hilo conductor en el estudio de los materiales cuánticos. [2]
Los materiales cuánticos presentan propiedades desconcertantes que no tienen equivalente en el mundo macroscópico: entrelazamiento cuántico, fluctuaciones cuánticas, estados límite robustos que dependen de la topología de las funciones de onda de los materiales, etc. [1] Anomalías cuánticas como el efecto magnético quiral vinculan algunos materiales cuánticos con procesos en la física de alta energía de plasmas de quarks y gluones . [3]
En 2012, Joseph Orenstein publicó un artículo en Physics Today sobre "espectroscopia ultrarrápida de materiales cuánticos". [4] Orenstein afirmó:
El término materiales cuánticos se ha utilizado para designar el área de la física de la materia condensada conocida anteriormente como sistemas electrónicos fuertemente correlacionados. Aunque el campo es amplio, un tema unificador es el descubrimiento y la investigación de materiales cuyas propiedades electrónicas no se pueden entender con los conceptos de los libros de texto contemporáneos sobre la materia condensada.
Como ejemplo paradigmático, Orenstein menciona el colapso de la teoría del líquido de Landau-Fermi debido a las fuertes correlaciones. El uso del término "materiales cuánticos" se ha extendido y aplicado a otros sistemas, como los aislantes topológicos y los materiales de electrones de Dirac. El término ha ganado impulso desde que se publicó el artículo "El auge de los materiales cuánticos" en Nature Physics en 2016. [2] Citando:
En un nivel trivial, todos los materiales existen gracias a las leyes de la mecánica cuántica, y hay cínicos que se preguntarán en privado si la descripción no es demasiado amplia y, bueno, pegadiza para su propio bien. Pero dada la historia de la física de la materia condensada que acabamos de esbozar, hay buenas razones para aceptar los materiales cuánticos. En esencia, proporcionan un hilo común que vincula a comunidades dispares de investigadores que trabajan en una variedad de problemas en las fronteras de la física, la ciencia de los materiales y la ingeniería.
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