¿Qué es una transición de fase topológica que forma parte de la teoría de la materia condensada?

La función de onda de Laughlin – Wikipedia describe un estado topológico de electrones en una capa de inversión de un semiconductor colocado en un campo magnético fuerte. (Ver: Región de agotamiento – Wikipedia.) Esta función de onda es el punto de partida para la explicación del efecto Hall cuántico fraccional – Wikipedia (FQHE) para rellenos fraccionarios de niveles de Landau de denominadores impares. La transición del gas electrónico a este estado topológico es una transición de fase topológica. Estrictamente hablando, la transición de fase ocurre a una temperatura de cero absoluto. Sin embargo, sus efectos se pueden ver experimentalmente a temperaturas que se pueden alcanzar utilizando un refrigerador Dilution – Wikipedia.

Ha habido una enorme cantidad de trabajo en el FQHE desde su descubrimiento en 1982. Ahora se sabe que, además del estado de Laughlin, también se pueden encontrar otros tipos de estados topológicos en este sistema. Esto sigue siendo un área activa de investigación. Una de las motivaciones para el interés continuo en este tema es que algunas personas creen que conducirá a la construcción de computadoras cuánticas.

Cuando la materia en estados de diferentes órdenes topológicos cambia (de uno a otro) hay una transición de fase topológica. La organización o topología de los átomos es tal que los átomos se agrupan en “vecindades” lineales entre sí dependiendo de la fase de la materia (líquido, sólido, superfluido, gas, etc.). Cuando la topología cambia, el orden de las agrupaciones de átomos cambia y se produce una transición de fase. La mayoría de las publicaciones que describen la teoría de la materia condensada y la transición de fase topológica son lecturas altamente técnicas. Pruebe las nociones básicas de física de materia condensada de P. Anderson como la más fácil de seguir (mi opinión).

La teoría de la materia condensada no es mi campo. Así que tómalo con un grano de sal.

La teoría de la materia condensada estudia las propiedades [estadísticas] de grandes grupos de “partículas” en lo que podría llamarse un estado de energía mínima o “cristalino”. Y la transición de fase topológica es esencialmente una analogía con la fusión, la congelación, la ebullición o la condensación (donde el agua transita entre los estados sólido y líquido o entre los estados líquido y vapor).

Excepto que esto es solo una analogía, y de lo que realmente estaríamos hablando son los efectos de hall o estados superconductores o ese tipo de cosas.

De todos modos, me parece que el ejemplo más evocador de este tipo de cosas probablemente sería el “láser” de un diodo láser azul (GaN). Aquí, el estado excitado para el semiconductor sería una fase diferente que el estado fundamental.