Un estudio realizado por investigadores de Princeton presenta evidencia de un fenómeno largamente buscado, teorizado por primera vez en la década de 1960 y pronosticado para encontrarse en cristales en 1983, llamado "anomalía quiral" en un compuesto metálico de sodio y bismuto.encontrar un aumento en la conductividad en el material puede sugerir formas de mejorar la conductancia eléctrica y minimizar el consumo de energía en futuros dispositivos electrónicos.
"Nuestra investigación cumple una famosa predicción en física para la cual la confirmación parecía inalcanzable", dijo N. Phuan Ong, Profesor de Física Eugene Higgins de Princeton, quien codirigió la investigación con Robert Cava, Profesor de Química Russell Wellman Moore de Princeton ".El aumento de la conductividad en el cristal y su aspecto dramático en las condiciones adecuadas dejaron pocas dudas de que habíamos observado la anomalía quiral largamente buscada ".
El estudio fue publicado en línea en la revista ciencia .
La anomalía quiral, que describe cómo las partículas elementales pueden cambiar su orientación en presencia de campos eléctricos y magnéticos, proviene de la observación de que la diestra y la izquierda o "quiralidad" después de la palabra griega para manoubicuo en la naturaleza. Por ejemplo, la mayoría de las estructuras químicas y muchas partículas elementales vienen en formas diestras y zurdas que son imágenes especulares entre sí.
Las primeras investigaciones que condujeron al descubrimiento de la anomalía se remontan a la década de 1940, cuando Hermann Weyl, del Instituto de Estudios Avanzados de Princeton, Nueva Jersey y otros, descubrió que todas las partículas elementales que tienen masa cero incluidos los neutrinos, a pesar detener una masa extremadamente pequeña segregarse estrictamente en poblaciones zurdas y diestras que nunca se mezclan
Algunas décadas más tarde, los teóricos descubrieron que la presencia de campos eléctricos y magnéticos arruina la segregación de estas partículas, haciendo que las dos poblaciones se transformen entre sí con consecuencias observables.
Esta mezcla inducida por el campo, que se conoció como la anomalía quiral, se encontró por primera vez en 1969 en el trabajo de Stephen Adler del Instituto de Estudios Avanzados, John Bell de la Organización Europea para la Investigación Nuclear CERN y Roman Jackiw delEl Instituto de Tecnología de Massachusetts, que explicó con éxito por qué ciertas partículas elementales, llamadas piones neutros, se descomponen mucho más rápido, por un factor de 300 millones, que sus primos cargados. A lo largo de las décadas, la anomalía ha desempeñado un papel importante aunque desconcertante en el granbúsqueda para unificar las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza.
La predicción de que la anomalía quiral también se podía observar en los cristales vino en 1983 de los físicos Holger Bech Nielsen de la Universidad de Copenhague y Masao Ninomiya del Instituto Okayama de Física Cuántica. Sugirieron que podría ser posible detectar la anomalía enun entorno de laboratorio, que permitiría a los investigadores aplicar campos magnéticos intensos para probar predicciones en condiciones que serían imposibles en colisionadores de partículas de alta energía.
El progreso reciente en el desarrollo de ciertos tipos de cristales conocidos como materiales "topológicos" ha allanado el camino para realizar esta predicción, dijo Ong. En el cristal de Na3Bi, que es un material topológico conocido como un semimetal de Dirac, electronesocupan estados cuánticos que imitan partículas sin masa que se segregan en poblaciones zurdas y diestras.
Para ver si podían observar la anomalía en Na3Bi, Jun Xiong, un estudiante graduado en física aconsejado por Ong, enfrió un cristal de Na3Bi cultivado por Satya Kushwaha, un investigador postdoctoral asociado en química que trabaja con Cava, a temperaturas criogénicas enla presencia de un fuerte campo magnético que puede rotarse en relación con la dirección de la corriente eléctrica aplicada en el cristal. Cuando el campo magnético se alineó paralelo a la corriente, las dos poblaciones quirales se mezclaron para producir un nuevo aumento en la conductividad, que elLos investigadores llaman el "penacho de corriente axial". El experimento confirmó la existencia de la anomalía quiral en un cristal.
"Uno de los hallazgos clave en el experimento es que la entremezcla conduce a una corriente de carga, o corriente axial, que resiste el agotamiento causado por la dispersión de las impurezas", dijo Ong. "Comprender cómo minimizar la dispersión de los electrones que transportan corrientepor impurezas, que hace que los dispositivos electrónicos pierdan energía en forma de calor, es importante para realizar futuros dispositivos electrónicos que sean más eficientes energéticamente. Si bien estos son los primeros días, los experimentos sobre la corriente axial de larga duración pueden ayudarnos a desarrollardispositivos de disipación "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Princeton . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :