En física, la termalización, o la tendencia de los subsistemas dentro de un todo a ganar una temperatura común, normalmente es la norma. Sin embargo, hay situaciones en las que la termalización se ralentiza o se suprime virtualmente; se encuentran ejemplos al considerar la dinámicade los espines de electrones y nucleares en los sólidos, donde ciertos subgrupos se comportan como si estuvieran aislados del resto. Comprender por qué sucede esto y cómo se puede controlar está actualmente en el centro de un amplio esfuerzo, particularmente para aplicaciones en el campo emergente de la cuántica.tecnologías de la información.
Informes en el último número de Avances científicos , un grupo de investigadores con sede en el City College of New York CCNY proporciona nuevas ideas sobre la dinámica de la termalización de espín a nanoescala. El documento se titula: "La polarización de espín bombeada ópticamente como una sonda de termalización de muchos cuerpos,"y el trabajo se llevó a cabo bajo la supervisión de Carlos A. Meriles, Profesor de Física Martin y Michele Cohen en la División de Ciencias de CCNY.
Uno de los principales obstáculos para investigar la termalización a nanoescala es la gran disparidad entre el número de espines térmicos y atérmicos, siendo este último solo una pequeña fracción del total. Para mostrar el flujo de polarización de espín entre estos grupos, los experimentos deben realizarse simultáneamentesensible a ambos grupos, una propuesta difícil ya que la mayoría de las técnicas se adaptan a un grupo u otro pero no son adecuadas para ambos. Trabajando con físicos de la Universidad de California, Berkeley y la Universidad Nacional de Córdoba de Argentina, el grupo CCNY de Meriles desarrolló untécnica que evita este problema. Además, utilizando esta técnica fue posible ver que bajo ciertas condiciones específicas, es posible hacer que esos giros aislados 'atérmicos' se 'comuniquen' con el resto.
"En un sólido, los espines de electrones generalmente toman la forma de impurezas o imperfecciones en la red cristalina, mientras que los espines nucleares están asociados a los átomos del cristal y, por lo tanto, son mucho más abundantes", dijo Meriles. "Por ejemplo, paradiamante, el sistema que estudiamos, los espines de electrones son los centros 'NV' y 'P1', y los espines nucleares son los carbonos en la red de diamantes ".
Debido a que el espín de electrones es mucho más fuerte que el espín nuclear, los carbonos cercanos a NV o P1 experimentan un campo magnético local, ausente de los carbonos que están más lejos. Debido al campo local que experimentan, tradicionalmente se ha supuesto que los carbonos acoplados a la hiperfinaestar aislados del resto, en el sentido de que, si están polarizados, no pueden pasar esta polarización al grueso, es decir, su giro está congelado o 'localizado', lo que lleva a un comportamiento 'atérmico'.
"Nuestros experimentos demuestran que las ideas anteriores no son válidas cuando la concentración de espines de electrones es suficientemente alta. En este límite, encontramos que los núcleos hiperfinos acoplados y en masa se comunican de manera eficiente porque los grupos de espines de electrones sirven como enlaces efectivos para moverse de otra manerapolarización aislada del espín nuclear. Encontramos que este proceso puede ser realmente efectivo, conduciendo a velocidades rápidas de transporte de espín nuclear, excediendo incluso aquellas entre núcleos a granel ", dijo Meriles.
En general, los hallazgos del equipo de CCNY podrían ayudar a realizar dispositivos que utilizan espines electrónicos y nucleares en sólidos para el procesamiento de información cuántica o detección a nanoescala. Indirectamente, también podría ayudar a implementar estados de alta polarización de espín nuclear que podrían aplicarse en MRI yEspectroscopía de RMN.
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Materiales proporcionado por City College de Nueva York . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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