La dispersión de neutrones ha revelado en detalles sin precedentes nuevas ideas sobre el comportamiento magnético exótico de un material que, con una comprensión más completa, podría allanar el camino para cálculos cuánticos mucho más allá de los límites de unos y ceros del código binario de una computadora.
Un equipo de investigación dirigido por el Laboratorio Nacional Oak Ridge del Departamento de Energía confirmó las firmas magnéticas probablemente relacionadas con los fermiones de Majorana, partículas escurridizas que podrían ser la base de un bit cuántico o qubit en un material bidimensional similar al grafeno, tricloruro de alfa-rutenio. Los resultados, publicados en la revista ciencia , verifique y amplíe un estudio de 2016 Nature Materials en el que el equipo de investigadores de ORNL, la Universidad de Tennessee, el Instituto Max Planck y la Universidad de Cambridge propusieron por primera vez este comportamiento inusual en el material.
"Esta investigación es una promesa cumplida", dijo el autor principal Arnab Banerjee, investigador postdoctoral en ORNL. "Antes, sugerimos que este compuesto, el tricloruro de alfa-rutenio, mostrara la física de los fermiones de Majorana, pero el material que utilizamos fueun polvo y oscureció muchos detalles importantes. Ahora, estamos viendo un gran cristal único que confirma que el espectro magnético inusual es consistente con la idea de fermiones magnéticos de Majorana ".
Los fermiones de Majorana fueron teorizados en 1937 por el físico Ettore Majorana. Son únicos en eso, a diferencia de los electrones y protones cuyas contrapartes antipartículas son el positrón y el antiprotón, partículas con cargas iguales pero opuestas, los fermiones Majorana son su propia antipartícula y no tienen carga.
En 2006, el físico Alexei Kitaev desarrolló un modelo teórico resoluble que describe cómo se pueden lograr cálculos cuánticos protegidos topológicamente en un material que usa líquidos de espín cuántico, o QSL. Los QSL son estados extraños logrados en materiales sólidos donde los momentos magnéticos, o "espines,"asociado con los electrones exhibe un comportamiento fluido".
"Nuestras mediciones de dispersión de neutrones nos muestran firmas claras de excitaciones magnéticas que se parecen mucho al modelo de Kitaev QSL", dijo el autor correspondiente Steve Nagler, director de la División de Materia Condensada Cuántica en ORNL. "Las mejoras en las nuevas mediciones soncomo mirar a Saturno a través de un telescopio y descubrir los anillos por primera vez "
Debido a que los neutrones son imanes microscópicos que no tienen carga, pueden usarse para interactuar y excitar otras partículas magnéticas en el sistema sin comprometer la integridad de la estructura atómica del material. Los neutrones pueden medir el espectro magnético de las excitaciones, revelando cómo se comportan las partículasEl equipo enfrió el material a temperaturas cercanas al cero absoluto aproximadamente menos 450 grados Fahrenheit para permitir una observación directa de movimientos puramente cuánticos.
El uso del instrumento SEQUOIA en la fuente de neutrones de espalación de ORNL permitió a los investigadores trazar una imagen de los movimientos magnéticos del cristal tanto en el espacio como en el tiempo.
"Podemos ver el espectro magnético manifestándose en la forma de una estrella de seis puntas y cómo refleja la red de panal subyacente del material", dijo Banerjee. "Si podemos entender estas excitaciones magnéticas en detalle, entonces estaremosun paso más cerca de encontrar un material que nos permita perseguir el último sueño de los cálculos cuánticos ".
Banerjee y sus colegas están realizando experimentos adicionales con campos magnéticos aplicados y presiones variables.
"Hemos aplicado una técnica de medición muy poderosa para obtener estas visualizaciones exquisitas que nos permiten ver directamente la naturaleza cuántica del material", dijo el coautor Alan Tennant, científico jefe de la Dirección de Ciencias de Neutrones de ORNL. "Parte de la emoción".de los experimentos es que están liderando la teoría. Estamos viendo estas cosas y sabemos que son reales "
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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