Un equipo internacional de investigadores ha encontrado evidencia de un nuevo estado misterioso de la materia, predicho por primera vez hace 40 años, en un material real. Este estado, conocido como líquido de espín cuántico, causa electrones, que se cree que son bloques de construcción indivisibles denaturaleza - para romper en pedazos
Los investigadores, incluidos físicos de la Universidad de Cambridge, midieron las primeras firmas de estas partículas fraccionales, conocidas como fermiones de Majorana, en un material bidimensional con una estructura similar al grafeno. Sus resultados experimentales coincidieron con uno de los principalesmodelos teóricos para un líquido de espín cuántico, conocido como modelo de Kitaev. Los resultados se informan en la revista Nature Materials.
Los líquidos de espín cuántico son estados misteriosos de la materia que se cree que se esconden en ciertos materiales magnéticos, pero que no se han visto de manera concluyente en la naturaleza.
La observación de una de sus propiedades más intrigantes - división de electrones, o fraccionamiento - en materiales reales es un gran avance. Los fermiones Majorana resultantes pueden usarse como bloques de construcción de computadoras cuánticas, que serían mucho más rápidas que las computadoras convencionales ysería capaz de realizar cálculos que de otro modo no se podrían hacer.
"Este es un nuevo estado cuántico de la materia, que se ha predicho pero no se ha visto antes", dijo el Dr. Johannes Knolle del Laboratorio Cavendish de Cambridge, uno de los coautores del artículo.
En un material magnético típico, los electrones se comportan como pequeños imanes de barra. Y cuando un material se enfría a una temperatura lo suficientemente baja, los 'imanes' se ordenarán a sí mismos en grandes distancias, de modo que todos los polos magnéticos del norte apunten en elmisma dirección, por ejemplo.
Pero en un material que contiene un estado líquido de centrifugado, incluso si ese material se enfría a cero absoluto, los imanes de barra no se alinearían sino que formarían una sopa enredada causada por fluctuaciones cuánticas.
"Hasta hace poco, ni siquiera sabíamos cómo serían las huellas digitales experimentales de un líquido de espín cuántico", dijo el coautor del artículo, el Dr. Dmitry Kovrizhin, también del grupo de Teoría de la Materia Condensada del Laboratorio Cavendish ".Lo que hemos hecho en trabajos anteriores es preguntar, si estuviera realizando experimentos en un posible líquido de espín cuántico, ¿qué observaría? "
Los coautores de Knolle y Kovrizhin, dirigidos por el Dr. Arnab Banerjee y el Dr. Stephen Nagler del Laboratorio Nacional Oak Ridge en los EE. UU., Utilizaron técnicas de dispersión de neutrones para buscar evidencia experimental de fraccionamiento en cloruro de alfa-rutenio a-RuCl3.Los investigadores probaron las propiedades magnéticas del polvo de a-RuCl3 iluminándolo con neutrones y observando el patrón de ondas que los neutrones producían en una pantalla cuando se dispersaron de la muestra.
Un imán regular crearía distintas líneas afiladas, pero era un misterio qué tipo de patrón harían los fermiones Majorana en un líquido de espín cuántico. La predicción teórica de firmas distintas de Knolle y sus colaboradores en 2014 coincide bien con las jorobas anchasen lugar de líneas afiladas que los experimentadores observaron en la pantalla, proporcionando por primera vez evidencia directa de un líquido de espín cuántico y la fraccionalización de electrones en un material bidimensional.
"Esta es una nueva adición a una breve lista de estados cuánticos conocidos de la materia", dijo Knolle.
"Es un paso importante para nuestra comprensión de la materia cuántica", dijo Kovrizhin. "Es divertido tener otro nuevo estado cuántico que nunca hemos visto antes; nos presenta nuevas posibilidades para probar cosas nuevas".
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Materiales proporcionado por Universidad de Cambridge . La historia original tiene licencia bajo a Licencia Creative Commons . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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