Els materials quàntics són un terme genèric en la física de la matèria condensada que engloba tots els materials les propietats essencials dels quals no es poden descriure en termes de partícules semiclàssiques i mecànica quàntica de baix nivell. Es tracta de materials que presenten fortes correlacions electròniques o algun tipus d'ordre electrònic, com ara ordres superconductors o magnètics, o materials les propietats electròniques dels quals estan vinculades a efectes quàntics no genèrics (aïllants topològics, sistemes d'electrons de Dirac com el grafè), així com sistemes les propietats col·lectives dels quals es regeixen per un comportament genuïnament quàntic, com ara àtoms ultrafreds, excitons freds, polaritons, etc. A nivell microscòpic, quatre graus de llibertat fonamentals (càrrega, espín, òrbita i xarxa) s'entrellacen, donant lloc a estats electrònics complexos; el concepte d'emergència és un fil conductor en l'estudi dels materials quàntics.
Els materials quàntics presenten propietats desconcertants sense equivalent en el món macroscòpic: entrellaçament quàntic, fluctuacions quàntiques, estats límit robustos dependents de la topologia de les funcions d'ona massiva dels materials, etc. Anomalies quàntiques com l'efecte magnètic quiral vinculen alguns materials quàntics amb processos en física d'alta energia de plasmes quark-gluons.
Història El 2012, Joseph Orenstein va publicar un article a Physics Today sobre "espectroscòpia ultraràpida de materials quàntics". Orenstein va afirmar,
Materials quàntics és una etiqueta que ha arribat a significar l'àrea de la física de la matèria condensada anteriorment coneguda com a sistemes electrònics fortament correlacionats. Tot i que el camp és ampli, un tema unificador és el descobriment i la investigació de materials les propietats electròniques dels quals no es poden entendre amb conceptes dels llibres de text contemporanis sobre matèria condensada.
Com a exemple paradigmàtic, Orenstein fa referència a la ruptura de la teoria líquida de Landau-Fermi a causa de fortes correlacions. L'ús del terme "materials quàntics" s'ha estès i aplicat a altres sistemes, com ara aïllants topològics i materials electrònics de Dirac. El terme ha guanyat impuls des que es va publicar l'article "The rise of quantum materials" a Nature Physics el 2016. Citant:
En un nivell trivial, tots els materials existeixen gràcies a les lleis de la mecànica quàntica, i hi ha cínics que es preguntaran en privat si la descripció no és massa àmplia i, per descomptat, enganxosa pel seu propi bé. Però, tenint en compte la història de la física de la matèria condensada que acabem d'esbossar, hi ha bones raons per adoptar els materials quàntics. En essència, proporcionen un fil conductor que uneix comunitats dispars d'investigadors que treballen en una varietat de problemes a les fronteres de la física, la ciència de materials i l'enginyeria.
Referències
Categoria:Mecànica quàntica Quantics