Según nuestra experiencia cotidiana, esperamos que la materia a bajas temperaturas se congele con los átomos fijos en una disposición regular. Los momentos magnéticos que surgen de los giros de los electrones en los átomos en los materiales magnéticos, también se detienen y se vuelven rígidosorientado a medida que baja la temperatura. Sin embargo, hay algunas excepciones raras. En lo que se conoce como líquidos de espín cuántico, las orientaciones de los espines electrónicos no permanecen fijas incluso a temperaturas cercanas al cero absoluto.
Según la comprensión convencional, si las interacciones son isotrópicas donde todas las direcciones de giro son posibles, este fenómeno puede ocurrir si los espines están dispuestos en geometrías triangulares y las interacciones entre ellos son antiferromagnéticas, favoreciendo la alineación antiparalela de los espines.formando las esquinas de un triángulo, el giro electrónico de un átomo no puede orientarse simultáneamente en forma antiparalela a los de los otros dos átomos. En materiales reales que contienen unidades triangulares acopladas por interacciones antiferromagnéticas, esta "frustración" puede evitar que los giros se detenganen una orientación particular, incluso a temperatura cero absoluta, en cambio, se mueven colectivamente como átomos en un líquido. Por el contrario, las interacciones ferromagnéticas no dan lugar a frustración en los imanes isotrópicos porque siempre pueden producirse alineaciones paralelas entre sí de los espines. Por estas razones, soloSe han propuesto algunos materiales isotrópicos como candidatos de líquido de centrifugado.
monocristales con interacciones magnéticas complejas
Ahora, un equipo encabezado por la profesora Bella Lake ha producido e investigado los primeros monocristales de óxido de calcio y cromo Ca10Cr7O28. El óxido de calcio y cromo está formado por lo que se conoce como retículas de Kagomé, que recuerdan el patrón de triángulos yhexágonos tejidos en cestería japonesa. Como resultado, se desarrolla un complejo conjunto de interacciones magnéticas isotrópicas en este material, que consiste no solo en interacciones anti-ferromagnéticas sino también en interacciones ferromagnéticas mucho más fuertes que, según la comprensión convencional, deberían evitar la existencia de un comportamiento del líquido de espín.Sin embargo, los experimentos de dispersión magnética y de neutrones realizados en Alemania, Francia, Inglaterra y los EE. UU., Así como los experimentos de espectroscopía de muones realizados en Suiza, han demostrado que los espines en estas muestras conservan su movimiento colectivo incluso a temperaturas tan bajas como 20 milikelvin y se comportan comoun líquido de giro cuántico
La competencia es clave
El físico teórico Prof. Johannes Reuther de HZB ahora ha podido extender el modelo teórico de los líquidos de centrifugado con la ayuda de estas pistas experimentales. Ha utilizado simulaciones numéricas para mostrar cómo las diferentes interacciones magnéticas en el óxido de calcio-cromo compiten con unaotro y mantener los giros dinámicos.
Se esperan más candidatos para líquidos de centrifugado
"Hemos demostrado empíricamente que los estados cuánticos interesantes como los líquidos en espín también pueden ocurrir en cristales considerablemente más complejos con diferentes constelaciones de interacciones magnéticas", dice el Dr. Christian Balz, autor principal del trabajo. Lake también explica: "El trabajo se expandenuestra comprensión de los materiales magnéticos, y también nos muestra que potencialmente hay muchos más candidatos para líquidos giratorios de lo esperado. Esto podría ser importante para el avance de las computadoras cuánticas en el futuro porque los líquidos giratorios son uno de los posibles bloques de construcción para transportar los más pequeñosunidad de información cuántica, conocida como qubit "
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Materiales proporcionado por Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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