En 1973, el físico y luego premio Nobel Philip W. Anderson propuso un estado extraño de la materia: el líquido de espín cuántico QSL. A diferencia de los líquidos cotidianos que conocemos, el QSL en realidad tiene que ver con el magnetismo, y el magnetismo tiene que ver con el magnetismo.hacer con giro.
El espín electrónico desordenado produce QSL
¿Qué hace un imán? Fue un misterio de larga duración, pero hoy finalmente sabemos que el magnetismo surge de una propiedad peculiar de las partículas subatómicas, como los electrones. Esa propiedad se llama "espín", y la mejor - hasta ahoraextremadamente insuficiente: la manera de pensar es como el juguete de un niño con peonza.
Lo importante para el magnetismo es que el espín convierte cada uno de los miles de millones de electrones de un material en un imán minúsculo con su propia "dirección" magnética piense en los polos norte y sur de un imán. Pero los espines de los electrones no están aislados;interactúan entre sí de diferentes maneras hasta que se estabilizan para formar varios estados magnéticos, otorgando así propiedades magnéticas al material al que pertenecen.
En un imán convencional, los espines que interactúan se estabilizan y las direcciones magnéticas de cada electrón se alinean. Esto da como resultado una formación estable.
Pero en lo que se conoce como un imán "frustrado", los giros de los electrones no pueden estabilizarse en la misma dirección. En cambio, fluctúan constantemente como un líquido, de ahí el nombre de "líquido de giro cuántico".
Quantum Spin Liquids en tecnologías futuras
Lo interesante de las QSL es que se pueden usar en una serie de aplicaciones. Debido a que vienen en diferentes variedades con diferentes propiedades, las QSL se pueden usar en computación cuántica, telecomunicaciones, superconductores, espintrónica una variación de la electrónica que usa electrones.spin en lugar de corriente, y una serie de otras tecnologías basadas en cuántica.
Pero antes de explotarlos, primero tenemos que obtener una comprensión sólida de los estados de QSL. Para hacer esto, los científicos deben encontrar formas de producir QSL a pedido, una tarea que ha demostrado ser difícil hasta ahora, con solo unos pocos materiales enoferta como candidatos QSL.
Un material complejo puede resolver un problema complejo
Publicando en PNAS , los científicos dirigidos por Péter Szirmai y Bálint Náfrádi en el laboratorio de László Forró en la Facultad de Ciencias Básicas de la EPFL han producido y estudiado con éxito una QSL en un material muy original conocido como EDT-BCO. El sistema fue diseñado y sintetizado por el grupo de PatrickBatail en Université d'Angers CNRS.
La estructura de EDT-BCO es lo que hace posible crear una QSL. El electrón gira en el EDT-BCO forma dímeros organizados triangularmente, cada uno de los cuales tiene un momento magnético de espín-1/2, lo que significa que el electrón deberotar dos veces para volver a su configuración inicial. Las capas de dímeros de spin-1/2 están separadas por una subred de aniones carboxilato centrada por un biciclooctano quiral. Los aniones se denominan "rotores" porque tienen grados de libertad conformacional y rotacional.
El componente de rotor único en un sistema magnético hace que el material sea especial entre los candidatos a QSL, lo que representa una nueva familia de materiales. "El sutil desorden provocado por los componentes del rotor introduce un nuevo control en el sistema de giro", dice Szirmai.
Los científicos y sus colaboradores emplearon un arsenal de métodos para explorar el EDT-BCO como un material candidato de QSL: cálculos de la teoría funcional de densidad, mediciones de resonancia de espín de electrones de alta frecuencia una marca registrada del laboratorio de Forró, resonancia magnética nuclear y muonesespectroscopía de espín. Todas estas técnicas exploran las propiedades magnéticas de EDT-BCO desde diferentes ángulos.
Todas las técnicas confirmaron la ausencia de orden magnético de largo alcance y la aparición de una QSL. En resumen, EDT-BCO se une oficialmente a las filas limitadas de materiales QSL y nos lleva un paso más allá hacia la próxima generación de tecnologías. Como BálintNáfrádi dice: "Más allá de la soberbia demostración del estado QSL, nuestro trabajo es muy relevante, porque proporciona una herramienta para obtener materiales QSL adicionales a través de moléculas de rotor funcionales diseñadas a medida".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne . Original escrito por Sarah Perrin. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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