Un nuevo estudio realizado por un equipo multiinstitucional, dirigido por investigadores del Laboratorio Nacional Brookhaven y la Universidad Stony Brook, ha revelado propiedades magnéticas exóticas en un compuesto intermetálico basado en tierras raras. Estudios similares sugieren una mejor comprensión de esos tipos de comportamientos podríanconducir a aplicaciones en computación cuántica y tecnologías mejoradas de dispositivos de almacenamiento.
Investigadores del Laboratorio Nacional Oak Ridge del Departamento de Energía y sus colaboradores usaron la dispersión de neutrones para descubrir excitaciones magnéticas en el compuesto metálico iterbio-platino-plomo Yb2Pt2Pb. Sorprendentemente, este material tridimensional exhibe propiedades magnéticas que uno esperaría convencionalmente.si la conectividad entre iones magnéticos era solo unidimensional. Su investigación se analiza en un artículo publicado en la revista ciencia .
En teoría, un electrón puede entenderse como un estado unido de tres cuasipartículas, que colectivamente llevan su identidad: espín, carga y órbita. Se sabe que el espón, la entidad que transporta información sobre el espín electrónico, puede "separarse" a sí mismode los otros bajo ciertas condiciones en cadenas unidimensionales de iones magnéticos como el cobre Cu2 + en un huésped aislante. Ahora, el nuevo estudio revela que los espones también están presentes en Yb2Pt2Pb metálico.
El equipo experimental incluyó al investigador postdoctoral de ORNL y autor principal Liusuo Wu, Georg Ehlers y Andrey Podlesnyak, científicos instrumentales en la Fuente de neutrones de spalación de ORNL SNS, una instalación de usuarios de la Oficina de Ciencia de DOE. El equipo hizo uso de la sensibilidad de los neutronesa las fluctuaciones magnéticas a escala atómica y las capacidades líderes mundiales del instrumento SNS Cold Neutron Chopper Spectrometer CNCS.
Colocar una muestra de Yb2Pt2Pb en el haz de neutrones y mapear cuidadosamente la dependencia de la intensidad de dispersión en el ángulo y el tiempo de vuelo reveló las firmas características de las excitaciones colectivas magnéticas en el material.
"La capacidad de un electrón para exhibir un comportamiento magnético cuántico como este depende de cuántos pares pueda hacer con sus vecinos más cercanos", dijo Wu. "En una cadena unidimensional, cada uno tiene solo dos vecinos, lo que hace que las fluctuaciones cuánticas sean mucho más dramáticas"
Con contribuciones de colaboradores de Brookhaven, Stony Brook University y la Universidad de Amsterdam, el equipo de investigación desarrolló una imagen de los espinones que se propagan en una dirección particular, y cómo se calculó un espectro de excitación magnética, basado en ese modelo, y lo comparóa los datos experimentales.
"El elemento iterbio, que se encuentra en el grupo 4f de la tabla periódica, a menudo es un ingrediente interesante en un material. Aquí, las interacciones magnéticas principales conspiran con la estructura cristalina y la anisotropía local para crear un efecto que llamamos frustración geométrica,"Ehlers dijo." En la investigación de materiales, esto nos da una idea de las propiedades de un sistema en particular y nos permite, en última instancia, diseñar materiales con propiedades deseables específicas ".
Al igual que en los electrones, los momentos magnéticos en los neutrones se originan a partir de su spin-1/2, el momento magnético más pequeño posible en una capa de iones o electrones. Combinado con su alto poder de penetración, debido al hecho de que no llevan carga--Los neutrones son una sonda ideal para explorar el magnetismo en los sistemas atómicos. Aquí, los fenómenos interesantes ocurren a bajas energías y bajas temperaturas, razón por la cual los neutrones fríos en CNCS son adecuados para estudiarlos.
"A temperaturas más altas, los efectos térmicos desdibujarán lo que podemos ver, porque los iones comienzan a moverse más si el material es más cálido, lo que dificulta nuestra capacidad de ver claramente las excitaciones", dijo Ehlers.
Otra ventaja del instrumento CNCS es que puede detectar patrones de dispersión de neutrones en las tres dimensiones espaciales simultáneamente, lo que, según Ehlers, resultó ser crucial en la investigación del equipo.
"Al principio estábamos realmente desconcertados por nuestros resultados", dijo Wu. "Pero una vez que comenzamos a entenderlo y mirarlo desde la perspectiva correcta, pudimos ver cómo los electrones saltan entre orbitales superpuestos en los vecinos Yb más cercanos".
"Ahora que tenemos una mejor comprensión de cómo sucede esto, podemos buscar otros materiales que demuestren propiedades similares, lo que con suerte conducirá a descubrimientos aún mayores y mejores tecnologías".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional de Oak Ridge . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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