Físicos crean un nuevo tipo de cristal de tiempo que los humanos pueden ver realmente

5 de septiembre de 2025

por Daniel Strain, Universidad de Colorado en Boulder

editado por Lisa Lock, revisado por Robert Egan

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Imagina un reloj que no tiene electricidad, pero sus agujas y engranajes giran por sí solos por toda la eternidad. En un nuevo estudio, físicos de la Universidad de Colorado en Boulder han utilizado cristales líquidos, los mismos materiales que están en la pantalla de tu teléfono, para crear un reloj así, al menos tan cerca como los humanos pueden acercarse a esa idea. El avance del equipo es un nuevo ejemplo de un 'cristal de tiempo'. Ese es el nombre de una curiosa fase de la materia en la que las piezas, como átomos u otras partículas, existen en movimiento constante.

Los investigadores no son los primeros en hacer un cristal de tiempo, pero su creación es la primera que los humanos pueden ver realmente, lo que podría abrir un sinfín de aplicaciones tecnológicas.

'Pueden ser observados directamente bajo un microscopio e incluso, bajo condiciones especiales, a simple vista', dijo Hanqing Zhao, autor principal del estudio y estudiante de posgrado en el Departamento de Física de CU Boulder.

Él e Ivan Smalyukh, profesor de física e investigador del Instituto de Energía Renovable y Sostenible (RASEI), publicaron sus hallazgos el 4 de septiembre en la revista Nature Materials.

En el estudio, los investigadores diseñaron células de vidrio llenas de cristales líquidos, en este caso, moléculas en forma de varilla que se comportan un poco como un sólido y un poco como un líquido. Bajo circunstancias especiales, si les brillas una luz, los cristales líquidos comenzarán a girar y moverse, siguiendo patrones que se repiten con el tiempo.

Bajo un microscopio, estas muestras de cristales líquidos se asemejan a franjas tigresa psicodélicas, y pueden seguir moviéndose durante horas, similar a ese reloj que gira eternamente.

'Todo nace de la nada', dijo Smalyukh. 'Solo tienes que brillar una luz, y este mundo entero de cristales de tiempo emerge'.

Zhao y Smalyukh son miembros del satélite de Colorado del Instituto Internacional para la Sustentabilidad con Materia Meta Quiral Anudada (WPI-SKCM2) con sede en la Universidad de Hiroshima en Japón, un instituto internacional con misiones para crear formas artificiales de materia y contribuir a la sostenibilidad.

Los cristales de tiempo pueden sonar como algo sacado de la ciencia ficción, pero toman su inspiración de los cristales que aparecen naturalmente, como diamantes o sal de mesa.

El premio Nobel Frank Wilczek propuso por primera vez la idea de los cristales de tiempo en 2012. Puedes pensar en los cristales tradicionales como 'cristales de espacio'. Los átomos de carbono que componen un diamante, por ejemplo, forman un patrón de red en el espacio muy difícil de romper.

Wilczek se preguntó si sería posible construir un cristal que estuviera organizado de manera similar, excepto en el tiempo en lugar de en el espacio. Incluso en su estado de reposo, los átomos en tal estado no formarían un patrón en forma de red, pero se moverían o transformarían en un ciclo interminable, como un GIF que se repite para siempre.

El concepto original de Wilczek resultó imposible de hacer, pero, en los años posteriores, los científicos han creado fases de la materia que se acercan razonablemente.

En 2021, por ejemplo, los físicos utilizaron el ordenador cuántico Sycamore de Google para crear una red especial de átomos. Cuando el equipo golpeó esos átomos con un haz de láser, sufrieron fluctuaciones que se repitieron varias veces.

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En el nuevo estudio, Zhao y Smalyukh se propusieron ver si podían lograr una hazaña similar con cristales líquidos.

Smalyukh explicó que si presionas estas moléculas de la manera correcta, se agruparán tan juntas que formarán giros. Sorprendentemente, estos giros se mueven y pueden incluso, bajo ciertas condiciones, comportarse como átomos.

'Tienes estos giros, y no puedes quitarlos fácilmente', dijo Smalyukh. 'Se comportan como partículas y comienzan a interactuar entre sí'.

En el estudio actual, Smalyukh y Zhao intercalaron una solución de cristales líquidos entre dos piezas de vidrio que estaban recubiertas con moléculas de tinte. Por sí solas, estas muestras permanecían mayormente inmóviles. Pero cuando el grupo las golpeó con un cierto tipo de luz, las moléculas de tinte cambiaron su orientación y apretaron los cristales líquidos. En el proceso, miles de nuevos giros se formaron repentinamente.

Esas torsiones también comenzaron a interactuar entre sí siguiendo una serie increíblemente compleja de pasos. Piense en una habitación llena de bailarines en una novela de Jane Austen. Las parejas se separan, giran alrededor de la habitación, vuelven a juntarse y lo vuelven a hacer todo de nuevo. Los patrones en el tiempo también eran inusualmente difíciles de romper: los investigadores podían subir o bajar la temperatura de sus muestras sin interrumpir el movimiento de los cristales líquidos.

'Esa es la belleza de este cristal de tiempo,' dijo Smalyukh. 'Simplemente creas algunas condiciones que no son tan especiales. Iluminas y sucede todo.'

Zhao y Smalyukh dicen que dichos cristales de tiempo podrían tener varios usos. Los gobiernos podrían, por ejemplo, agregar estos materiales a los billetes para hacer que sean más difíciles de falsificar: si quieres saber si ese billete de $100 es genuino, simplemente ilumina la 'marca de agua en el tiempo' y observa el patrón que aparece. Apilando varios cristales de tiempo diferentes, el grupo puede crear patrones aún más complicados, lo que podría potencialmente permitir a los ingenieros almacenar vastas cantidades de datos digitales.

'No queremos ponerle límites a las aplicaciones en este momento,' dijo Smalyukh. 'Creo que hay oportunidades para llevar esta tecnología en todo tipo de direcciones.'

Más información: Hanqing Zhao et al, Cristales de espacio-tiempo a partir de solitones topológicos similares a partículas, Materiales de la Naturaleza (2025). DOI: 10.1038/s41563-025-02344-1

Información del diario: Materiales de la Naturaleza

Proporcionado por Universidad de Colorado en Boulder