Los físicos han identificado un nuevo estado de la materia cuyo orden estructural funciona según reglas más alineadas con la mecánica cuántica que la teoría termodinámica estándar. En un material clásico llamado hielo artificial giratorio, que en ciertas fases parece desordenado, el material está realmente ordenado, pero enuna forma "topológica".
"Nuestra investigación muestra por primera vez que los sistemas clásicos como el hielo artificial en espín pueden diseñarse para demostrar fases topológicas ordenadas, que anteriormente solo se habían encontrado en condiciones cuánticas", dijo el físico del Laboratorio Nacional de Los Alamos, Cristiano Nisoli, líder delgrupo teórico que colaboró con un grupo experimental en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, dirigido por Peter Schiffer ahora en la Universidad de Yale.
Los físicos generalmente clasifican las fases de la materia como ordenadas, como el cristal, y desordenadas, como los gases, y lo hacen sobre la base de la simetría de dicho orden, dijo Nisoli.
"La demostración de que estos efectos topológicos se pueden diseñar en un sistema de hielo artificial abre la puerta a una amplia gama de posibles nuevos estudios", dijo Schiffer.
El material especializado mantuvo niveles de energía desconcertantes en los experimentos
En la nueva investigación, el equipo exploró una geometría de hielo artificial en particular llamada Shakti spin ice. Si bien estos materiales están diseñados teóricamente, esta vez, el descubrimiento de sus propiedades exóticas fuera de equilibrio procedió de los experimentos a la teoría.
Realizando la caracterización de microscopía electrónica de fotoemisión en la Fuente de Luz Avanzada del Departamento de Energía de EE. UU. En el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, el equipo de Schiffer reveló algo desconcertante: a diferencia de otros hielos artificiales, que podrían alcanzar su estado de baja energía ya que la temperatura se redujo en sucesivos enfriamientos,El hielo giratorio de Shakti se mantuvo obstinadamente en aproximadamente el mismo nivel de energía. "El sistema se atasca de una manera que no puede reorganizarse a sí mismo, a pesar de que una reorganización a gran escala le permitiría caer a un estado de energía más bajo", dijo Schiffer.
Claramente, se estaba conservando algo, pero nada apareció como un candidato obvio en un material diseñado artificialmente para proporcionar una imagen de giro desordenada.
Retrocediendo para ver el panorama general
Alejándose de una imagen giratoria y concentrándose en una descripción emergente de las excitaciones del sistema, Nisoli describió un estado de baja energía que podría mapearse exactamente en un famoso modelo teórico, el "modelo de cubierta de dímero", cuyas propiedades topológicas teníanreconocido antes. Luego, los datos del experimento confirmaron la conservación de la carga topológica y, por lo tanto, una larga vida útil para las excitaciones.
"Lo encuentro más intrigante porque generalmente los marcos teóricos se mueven de la física clásica a la física cuántica. No es así con el orden topológico", dijo Nisoli.
éxito de colaboración
Los experimentos físicos fueron realizados por el equipo de Schiffer en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign y fueron financiados por la Oficina de Ciencia del Departamento de Energía de EE. UU. La cinética del material se investigó en tiempo real y en el espacio real en la Fuente de Luz Avanzada.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional de Los Alamos . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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