A medida que los científicos exploraron la estructura y las propiedades de la materia a niveles cada vez más profundos, descubrieron muchos materiales nuevos y exóticos, incluidos superconductores que transportan corriente eléctrica sin resistencia, cristales líquidos que se alinean para producir pantallas dinámicas brillantes y materiales que presentan diversas formas.de magnetismo. Sin embargo, algunas formas exóticas de materia existen solo en teoría, predichas por científicos basados en lo que han aprendido en estos niveles más profundos. Ahora un par de físicos proporciona una hoja de ruta teórica que podría apuntar al descubrimiento de uno de esos exóticos ordenados magnéticamente.estado, denominado "líquido de giro quiral"
"Esta forma de materia se sugirió por primera vez hace unos 30 años como un tipo particular de orden magnético sin una dirección global definida de momentos magnéticos", dijo Alexei Tsvelik, teórico del Laboratorio Nacional Brookhaven del Departamento de Energía de los Estados Unidos. "Pero esel descubrimiento ha seguido siendo un sueño imposible, hasta ahora "
En un nuevo artículo aceptado como sugerencia de un editor por la revista Cartas de revisión física , Tsvelik y el coautor Oleg Yevtushenko, de la Universidad Ludwig Maximilian en Alemania, describen los requisitos generales que dicho sistema magnético debería satisfacer. También ofrecen sugerencias particulares sobre dónde y cómo buscar ejemplos reales de líquidos de espirales quirales.
Buscando orden
Para un ejemplo simple de cómo las propiedades de la materia emergen del "orden" entre sus componentes básicos, piense en cómo la temperatura influye en la disposición de las moléculas de agua. Obtiene propiedades dramáticamente diferentes dependiendo de si las moléculas son libres de moverse comovapor, enfriado para fluir colectivamente como un líquido, o bloqueado en posiciones establecidas en un cristal sólido de hielo.
"En ese caso simple, el orden cristalino se puede ver a simple vista", dijo Tsvelik. "Pero los físicos siempre están buscando algo más sutil y sofisticado", como el orden en las orientaciones de los momentos magnéticos de los electrones.
Los electrones tienen una propiedad llamada giro, algo similar al giro de la parte superior de un juguete. El eje de rotación determina hacia dónde apunta el giro y hace que los electrones individuales actúen como pequeños imanes. En un material como el hierro, cuando las direcciones delos momentos magnéticos microscópicos de los electrones están alineados, obtienes magnetismo a escala macroscópica.
Sin embargo, en un líquido de espín quiral, los científicos no están buscando un orden magnético de tan largo alcance. En cambio, están buscando un tipo particular de orden magnético local entre grupos de tres electrones vecinos.
"Lo que queremos es una disposición en la que tres momentos magnéticos vecinos hagan una tríada con sus orientaciones fijadas entre sí, pero no hay una orientación global", dijo Tsvelik. Utiliza su mano derecha para demostrar las orientaciones relativas, consu pulgar e índice formando una L y su dedo medio apuntando directamente desde su palma, todos en ángulo recto entre sí, como los ejes x, y, z en un gráfico tridimensional.
Usar una mano es un accesorio adecuado porque demuestra fácilmente que se puede lograr un arreglo de imagen especular usando la mano izquierda en lugar de la derecha. Estos dos arreglos diferentes son ejemplos de quiralidad positiva y negativa, una palabra que usan los físicos y los químicospara describir la "mano" de las estructuras tridimensionales. Una vez ordenado, el líquido de rotación elige espontáneamente una quiralidad particular, dijo Tsvelik.
En base a su comprensión de las propiedades del material, los científicos predijeron qué propiedades deberían tener los líquidos de centrifugación quirales con tales disposiciones, y luego utilizaron cálculos teóricos para respaldar sus ideas. El documento incluso incluye la fórmula química de un material particular que les gustaría experimentarinvestigadores para explorar.
En esencia, dijo Tsvelik, el material debe ser un metal en capas, donde los espines se encuentran en capas bien separadas y donde los momentos magnéticos localizados pueden coexistir con electrones de conducción. También debe responder fuertemente a un campo magnético no uniformecon una periodicidad particular, similar a la forma en que las vibraciones externas de la voz de un cantante de ópera pueden romper un vaso que vibra a la misma frecuencia resonante que la nota. Pero no esperes que el metal se rompa, dijo Tsvelik.
¿Qué podemos esperar si se descubre un líquido de giro quiral? Tsvelik no tiene predicciones específicas.
"Si nos fijamos en la historia de la ciencia, desde el descubrimiento de la mecánica hasta el electrón y la división del átomo, nunca ha sido impulsada por aplicaciones. Muchas veces surgen aplicaciones, incluso gigantes, como las que desencadenaronla Revolución industrial, que surgió de los descubrimientos de Newton. Pero eso no es lo que impulsa la ciencia ", dijo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional Brookhaven . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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