Un poco de frustración puede hacer que la vida sea interesante. Este es ciertamente el caso de la física, donde la presencia de fuerzas en competencia que no pueden satisfacerse al mismo tiempo, conocida como frustración puede conducir a propiedades materiales poco comunes. Así como las moléculas de aguase vuelven más ordenadas cuando se enfrían y se congelan en cristales de hielo, los átomos de los imanes se vuelven más ordenados a medida que disminuye la temperatura a medida que los pequeños campos magnéticos o 'espines' de los átomos individuales comienzan a apuntar en la misma dirección.la excepción a esta regla, con giros que continúan fluctuando y apuntando en diferentes direcciones, incluso a temperaturas muy bajas. Ofrecen posibilidades emocionantes para nuevos descubrimientos en física. Los científicos del Instituto de Ciencias y Tecnología de Okinawa OIST han modelado un particulargirar líquido, mostrando que el desorden puede coexistir con el orden. Tres publicaciones importantes marcan los hitos en este campo de investigación.
Primero, el Dr. Ludovic Jaubert de la Unidad de Teoría de la Materia Cuántica de OIST trabajó junto a científicos del University College London y la Ecole Normale Supérieure de Lyon para proponer un modelo para la coexistencia del orden magnético y el trastorno en 2014. Simulandoqué sucedería cuando se dispararan neutrones contra imanes frustrados, llamados así debido a la fuerte competencia de fuerzas entre los espines de átomos individuales, Jaubert y sus colegas pudieron producir mapas de dispersión de neutrones de colores brillantes.los átomos del material se alineaban de manera ordenada en el imán que esperaría ver puntos en los mapas conocidos como 'picos de Bragg', mientras que con los líquidos giratorios esperaría ver formas de pajarita, llamadas 'puntos de pellizco'.Para su sorpresa, los científicos notaron picos de Bragg y puntos de pellizco en sus mapas de dispersión de neutrones, lo que sugiere que las propiedades desordenadas de un líquido giratorio pueden existir simultáneamente con el magnetismo ordenado.
"Los líquidos giratorios son modelos de trastorno magnético. Fue muy emocionante ver los rasgos característicos de un líquido giratorio en un imán parcialmente ordenado. Es realmente motivador pensar en las oportunidades fundamentales que esto ofrece para nuestra comprensión de la materia condensada".dice Jaubert.
El segundo hito en este campo de investigación ocurrió a principios de este año, cuando una publicación en Nature Physics mostró que la teoría del Dr. Jaubert y sus compañeros de trabajo se mantuvo en observación experimental, utilizando el material magnético de circonato de neodimio Nd 2 Zr 2 O 7 ."Los resultados de este experimento confirman la teoría que el Dr. Jaubert presentó sobre la coexistencia del orden y el trastorno magnético en 2014", dice el Dr. Owen Benton, un ex erudito postdoctoral en la Unidad de Teoría de la Materia Cuántica, dirigido por el Profesor NicShannon.
Sin embargo, se necesitó más trabajo para vincular este nuevo experimento con la idea original de Jaubert. Para descubrir cómo el zirconato de neodimio podría ser ordenado y desordenado al mismo tiempo, Benton se puso a trabajar en el último hito de esta investigación, teorizando un microscopio apropiadomodelo para este material magnético. Usando su modelo, Benton demostró que el circonato de neodimio existe tanto en un estado ordenado como fluctuante, lo que lo convierte en un tipo de imán muy inusual.
El trabajo también muestra que el circonato de neodimio está a punto de convertirse en un líquido de espín cuántico, un raro estado de la materia que abre una puerta trasera al mundo cuántico. En un verdadero líquido de espín cuántico, los espines de un material no solofluctúa a través de muchas direcciones diferentes en función del tiempo, pero apuntaría en muchas direcciones diferentes al mismo tiempo.
"Si pudieras demostrar que existe un líquido de espín cuántico, sería como un ejemplo del gato de Schrodinger en un objeto grande", dice Benton. El gato de Schrodinger es un famoso experimento mental en física en el que un gatouna caja sellada con una fuente radiactiva está viva y muerta al mismo tiempo, así como el gato existe en múltiples estados, es decir, vivo y muerto, simultáneamente, esta investigación allana el camino para encontrar imanes reales que se encuentran en muchos estados a la vez.
"Este estudio también demuestra que podemos obtener una imagen muy completa de la física del zirconato de neodimio usando un modelo", dice Benton. La investigación teórica y experimental adicional de este y otros materiales relacionados podría revelar fenómenos aún más inesperados y emocionantes.
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Materiales proporcionado por Universidad de Graduados del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa - OIST . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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