Reflexiones sobre la Investigación Colaborativa en Perovskitas

Este artículo refleja mis experiencias y colaboraciones con Alex Müller, especialmente sobre nuestro trabajo con Perovskitas. Nuestro viaje comenzó en 1974 y se extendió a lo largo de los años 90, centrándonos en el comportamiento de las perovskitas cúbicas durante las Transiciones de fase.

Müller estudió por primera vez las perovskitas durante su doctorado, y su trabajo inicial consistió en medir propiedades específicas de materiales como el SrTiO. Sus esfuerzos le valieron reconocimiento en los campos de transiciones estructurales y ferroelectricidad, lo que le llevó a muchos descubrimientos importantes más tarde. A lo largo de los años, participó en numerosas conferencias internacionales, y su trabajo se recopiló en colecciones de artículos. Incluso se convirtió en Fellow de IBM, lo que le permitió elegir los temas de su investigación y, en última instancia, le llevó a descubrir la Superconductividad a alta temperatura.

Mi primer encuentro con Müller fue durante una visita a Cornell en 1974. En ese momento, yo era un investigador postdoctoral trabajando en nuevas teorías en física. Durante su visita, compartió sus hallazgos y comenzamos a discutir la relación entre modelos teóricos y resultados experimentales relacionados con perovskitas cúbicas. Estas conversaciones generaron muchas preguntas y jugaron un papel crucial en mi comprensión de estos materiales.

Después de su visita a Cornell, solía visitarlo a menudo en el Laboratorio IBM de Zurich. Nuestras conversaciones iban más allá de la física y abarcaban varios otros temas, incluyendo nuestras experiencias de senderismo. Un evento memorable fue cuando me llevó a un partido de hockey sobre hielo, donde mantenía un auto encantador y bien cuidado. También asistimos juntos a una conferencia, donde presenté una charla titulada "Mi vida con Alex Müller y las perovskitas" para celebrar su 60 cumpleaños.

En la década de 1980, Müller visitaba frecuentemente Tel Aviv, donde discutía sobre superconductividad con mis colegas. Sugería de manera juguetona que esas conversaciones inspiraron su trabajo en superconductores a alta temperatura, aunque yo pensaba que debería seguir investigando sobre perovskitas. Sin embargo, también compartió ideas sobre superconductividad antes de publicar su artículo con Bednorz, lo que ayudó a algunos de nosotros a publicar modelos anteriores para el emparejamiento.

En 1987, tuve una cena con algunas personas conocedoras que mencionaron el Premio Nobel. Tenía un fuerte presentimiento de que Müller y Bednorz recibirían la llamada sobre su Nobel al día siguiente. Contacté a Müller para aconsejarle que se mantuviera cerca de su teléfono, y más tarde tuve el honor de nominarlo para un título honorario de la Universidad de Tel Aviv.

A lo largo de los años, Müller y su esposa nos enviaron tarjetas de Año Nuevo, y tuve muchas oportunidades de conocerlos en su casa y en Tel Aviv. Después de su jubilación, Müller cambió su enfoque hacia la filosofía y la psicología, y nuestras comunicaciones se hicieron menos frecuentes. Lamento no haber podido compartir con él algunos de nuestros hallazgos recientes sobre perovskitas, los cuales habían sido inspirados durante tanto tiempo por nuestras discusiones.

#Transiciones de fase en perovskitas

Las perovskitas son materiales conocidos por sus propiedades físicas únicas y han sido estudiadas extensamente para diversas aplicaciones y modelos teóricos. Por ejemplo, perovskitas bien conocidas como SrTiO y LaAlO juegan papeles importantes en aplicaciones de estado sólido y en investigaciones en curso.

Típicamente, las perovskitas son cúbicas a altas temperaturas. A medida que la temperatura disminuye, ciertas perovskitas sufren Cambios Estructurales, haciendo la transición a estructuras de menor simetría, como tetragonal o trigonal. Este proceso implica la rotación de estructuras octaédricas formadas por átomos de oxígeno o flúor. Por ejemplo, el SrTiO puede pasar de cúbico a tetragonal, mientras que LaAlO pasa a trigonal.

El parámetro de orden, que describe el estado de un sistema a medida que experimenta transiciones de fase, está relacionado con la rotación de estas estructuras octaédricas dentro de la celda unitaria del material. Cuando la estructura cúbica pasa a tetragonal, los octaedros se rotan alrededor de un eje cúbico. En contraste, para la transición de cúbica a trigonal, la rotación ocurre a lo largo de una diagonal cúbica.

Este comportamiento en la temperatura de transición puede describirse usando Exponentes Críticos. Durante una transición continua, la longitud de correlación se expande y el parámetro de orden se aproxima a cero a medida que la temperatura se acerca al punto de transición. Se espera que los valores de estos exponentes sean universales entre varios sistemas que comparten propiedades similares.

Sin embargo, nuestras investigaciones plantearon varias preguntas sobre los comportamientos críticos de las transiciones de cúbica a tetragonal y de cúbica a trigonal. Queríamos determinar a qué clase de universalidad pertenecía cada transición y si una (o ambas) mostraban un comportamiento de primer orden. Además, se observó que aplicar estrés uniaxial alteraba las características del punto crítico.

#Teoría vs. Experimentos en la comprensión de las transiciones de fase

Nuestras exploraciones sobre las propiedades de las perovskitas llevaron a avances significativos en la comprensión de sus transiciones de fase. Por ejemplo, el trabajo de Müller con mediciones EPR nos permitió analizar los ángulos de rotación de los octaedros en SrTiO y LaAlO. Esto brindó información sobre su comportamiento dependiente de la temperatura.

A principios de los años 70, más experimentos revelaron cómo la estructura cúbica pasaba a una fase trigonal bajo estrés. Esto contrastaba con la transición cúbica a tetragonal observada anteriormente sin estrés. Después de un análisis de energía libre, pudimos entender cómo la temperatura de transición se desplazaba con el estrés.

Para 1971, Müller y un técnico midieron los ángulos de los octaedros en SrTiO y LaAlO, identificando similitudes en sus respuestas a la temperatura. Nuestros modelos teóricos comenzaron a analizar el comportamiento crítico de los sistemas cúbicos, sugiriendo cuatro puntos fijos potenciales basados en su comportamiento cerca de las transiciones de fase.

Nuestras discusiones continuaron en 1974, cuando especulamos sobre las discrepancias entre nuestros modelos teóricos y las observaciones experimentales. Los resultados indicaron que ciertas muestras pulidas introducían tensiones internas que alteraban el comportamiento crítico observado.

En los años siguientes, confirmamos nuestras teorías a través de varios experimentos que destacaban la influencia del estrés uniaxial. Los resultados apoyaron nuestras conjeturas sobre diagramas de fases bicríticos, ilustrando cómo ciertas transiciones podrían ser de primer orden o estar cerca de puntos tricríticos.

A medida que nuestras discusiones se profundizaban, surgieron nuevas ideas. En 1976, descubrimos cómo la presión uniaxial afectaba los parámetros críticos de manera diferente según la orientación. Esto llevó a una exploración adicional sobre cómo estos parámetros de estrés contribuían a las transiciones de fase.

A finales de los 70 y principios de los 80, nuestro trabajo destacó la importancia de los comportamientos críticos relacionados con las perovskitas. Analizar diferentes tipos de perovskitas bajo diferentes tensiones reveló relaciones intrincadas entre estos materiales y sus comportamientos de fase.

#Desarrollos más allá de 2000

El estudio de las perovskitas continuó evolucionando más allá del año 2000. La investigación se centró en validar los exponentes críticos y entender cómo los diagramas de fase se entrelazaban con los comportamientos de los materiales. Nuevos hallazgos pusieron en duda las suposiciones teóricas existentes sobre la universalidad de los comportamientos críticos.

Hallazgos recientes sugirieron que las transiciones cúbica a trigonal y cúbica a tetragonal no pertenecían a la misma clase de universalidad, lo que planteaba un desafío interesante a las teorías existentes. Esta realización abrió paso a investigaciones más detalladas sobre las propiedades de los materiales, donde estas transiciones podrían mostrar características diferentes según sus respectivos entornos.

En respuesta, desarrollamos métodos refinados para analizar los exponentes críticos y cómo interactuaban con los diagramas de flujo del grupo de renormalización. Al expandir nuestro análisis para entender el flujo alrededor de varios puntos fijos, pudimos simplificar nuestros modelos y obtener información sobre las relaciones impactantes dentro del espacio de parámetros.

Al comparar diferentes materiales como SrTiO y LaAlO, llegamos a conclusiones sobre sus comportamientos de transición, reconociendo que las direcciones de estrés influían en la estabilidad de los diagramas de fase. Esto dejó abierta la posibilidad de comportamientos transitorios que podrían imitar condiciones bicríticas o tetracríticas.

Nuestros esfuerzos colectivos subrayaron en última instancia cuán matizado podría ser el mundo de las transiciones de fase. Los hallazgos llevaron a discusiones continuas sobre la validación experimental y cómo estas teorías se sostendrían en aplicaciones del mundo real.

#Conclusión

Reflexionando sobre mi viaje con Alex Müller y nuestras investigaciones sobre perovskitas, es claro que nuestras colaboraciones generaron muchas preguntas y conocimientos. A medida que trabajamos a través de las complejidades de las transiciones de fase, nuestras discusiones unieron teoría y experimento, dando lugar a avances significativos en la comprensión.

Las diferencias entre las transiciones cúbica a trigonal y cúbica a tetragonal, moldeadas por tensión y factores ambientales, ilustran la naturaleza intrincada de estos materiales. Nuestro conocimiento colectivo sigue evolucionando a medida que nuevos experimentos revelan nuevas ideas sobre el comportamiento de las perovskitas y otros materiales similares.

Siempre atesoraré la amistad que construí con Müller, junto con las vibrantes discusiones que compartimos. Nuestro trabajo colectivo sobre perovskitas no solo enriqueció nuestra comprensión de estos materiales, sino que también fortaleció el vínculo entre la ciencia y la colaboración. En última instancia, la búsqueda de conocimiento en este campo sigue siendo un testimonio del impacto duradero de nuestra pasión compartida por el descubrimiento.