Os físicos do NUS descobriram um comportamento teórico conhecido como "efeito cutâneo crítico", influenciando como ocorrem as mudanças entre as diferentes fases da matéria.

As transições de fase são onipresentes no mundo ao nosso redor, englobando processos comuns, como congelamento e evaporação. De particular interesse são as transições de fase de segunda ordem, onde o sistema no ponto de transição atinge um chamado estado crítico caracterizado por ordem de longo alcance e extrema suscetibilidade a distúrbios. Um exemplo paradigmático é a transição ferromagnética, onde os clusters de spin correlacionados crescem cada vez mais à medida que a temperatura diminui, até que eles se aglutinem em uma única fase ordenada com todos os spins apontando na mesma direção. Devido ao seu apelo universal e intuitivo, o conceito de criticidade também permeou outros campos, como a modelagem de quebras no mercado financeiro. Como conceito teórico, a criticidade também inspirou avanços em tópicos profundos, como a teoria de campo conforme, percolação e fractais.

Uma equipe de pesquisa liderada pelo Prof GONG Jiangbin e Prof LEE Ching Hua, ambos do Departamento de Física, A NUS descobriu uma nova forma de comportamento crítico conhecida como "Efeito Crítico de Pele" (veja a Figura). Esta descoberta estende o escopo de transições de fase crítica conhecidas para sistemas de não equilíbrio que, ao contrário dos sistemas de equilíbrio convencionais governados pela evolução no tempo unitário, são sistemas abertos que experimentam ganho ou perda devido às suas interações externas. Recentemente, tornou-se amplamente reconhecido que sistemas em não equilíbrio podem experimentar amplificação dramática dirigida de longo alcance que muda a natureza qualitativa do sistema, em um novo fenômeno conhecido como efeito de pele não hermitiano (NHSE). Isso inspirou a equipe de pesquisa, que inclui o Dr. LI Linhu (que ingressou recentemente na Sun Yat-sen University (Zhuhai), China) e o Sr. MU Sen (aluno de doutorado), para perguntar como a interação entre o NHSE e o estado crítico pode resultar em uma nova física.

A equipe descobriu que, em um sistema sem equilíbrio, mesmo alterar o tamanho do sistema pode afetar profundamente seu estado. Por exemplo, um sistema pode ser isolante (espaçado) em tamanhos pequenos, mas metálico (sem intervalos) em tamanhos maiores. Ou, ele pode possuir modos topológicos para certos tamanhos de sistema, mas não para outros. Esta observação é contra-intuitiva, uma vez que normalmente não esperamos a introdução de sites adicionais para alterar a natureza qualitativa do estado, assim como um ímã não deve se desmagnetizar espontaneamente se o cortarmos ao meio. Além disso, o próprio conceito de limite termodinâmico é agora questionado, uma vez que existe uma nova classe de estados que serão invariavelmente alterados à medida que o tamanho do sistema aumenta para o infinito.

Prof Lee, quem primeiro conectou os pontos entre as evidências numéricas aparentemente paradoxais, explicado, "O" Efeito Pele Crítico "provoca uma mudança de paradigma em como pensamos sobre o comportamento crítico e a ordem de longo prazo. Quando os efeitos de não equilíbrio contribuem com sua parcela de influências de longo prazo, somos forçados a reformular certos conceitos geralmente tidos como certos, como a chamada zona de Brillouin generalizada. "

Interessantemente, estados de pele críticos podem até exibir comportamento sem escala enquanto decaem exponencialmente no espaço, ao contrário dos estados críticos convencionais, que são quase sinônimos de decadência espacial das leis de potência. Eles também possuem comportamento incomum de entropia de emaranhamento dependente de tamanho, desafiadoras abordagens usuais para caracterizar estados críticos por meio de sua escala de entropia de emaranhamento.

Prof Gong disse, "Nos últimos anos, os estudos de fenômenos não hermitianos da perspectiva da física da matéria condensada aumentaram significativamente. Dado que mesmo um conceito bem conhecido como estados críticos pode agora assumir novos significados, não podemos limitar nossa imaginação sobre o que pode vir a seguir. "

Além de seu interesse teórico, essa descoberta também é relevante para aplicativos de dispositivos de detecção e comutação. Por exemplo, um circuito de detecção pode ser programado para detectar diferentes tipos de sinais à medida que seu comprimento efetivo é variado por meio de interruptores. Como prova de princípio, a equipe está planejando demonstrar este novo tipo de transição de fase crítica por meio de circuitos eletrônicos RLC, onde o espectro detalhado pode ser mapeado por meio de medições de impedância "topolétricas".