Los monopolos magnéticos se detectaron por primera vez en todo el mundo en la Fuente de neutrones de Berlín BER II en 2008. En ese momento se encontraban en un sistema de espín unidimensional de un compuesto de disprosio. Hace aproximadamente 10 años, también se podían detectar cuasi partículas monopolaresen sistemas bidimensionales de hielo en espín que consisten en unidades de cristal tetraédrico. Sin embargo, estos materiales de hielo en espín eran aislantes eléctricos.
Ahora: monopolos magnéticos en un metal
El Dr. Kan Zhao y el Prof. Philipp Gegenwart de la Universidad de Augsburgo, junto con equipos del Centro Heinz Meier Leibnitz, Forschungszentrum Jülich, la Universidad de Colorado, la Academia de Ciencias de Praga y el Helmholtz-Zentrum Berlin, ahora tienense muestra por primera vez que un compuesto metálico también puede formar tales monopolos magnéticos. El equipo en Augsburgo preparó muestras cristalinas de los elementos holmio, plata y germanio para este propósito.
El sistema Kagome spin-ice significa frustración
En los cristales HoAgGe, los momentos magnéticos espines de los átomos de holmio forman un llamado patrón de Kagome bidimensional. Este nombre proviene del arte de trenzado japonés Kagome, en el que las bandas de trenzado no están tejidas en ángulo recto paraentre sí, pero de tal manera que se forman patrones triangulares.
En el patrón de Kagome, los espines de los átomos vecinos no se pueden alinear uno contra el otro como de costumbre. En cambio, hay dos configuraciones de espín permitidas: o los espines de dos de los tres átomos apuntan exactamente hacia el centro del triángulo,mientras que los del tercer átomo apuntan fuera del centro, o es exactamente al revés: un giro apunta hacia el centro, los otros dos hacia afuera. Esto limita las posibilidades de los arreglos de giro, de ahí el nombre "giro de Kagomehielo ". Una consecuencia de esto es que este sistema se comporta como si estuvieran presentes monopolos magnéticos.
Este comportamiento ha sido demostrado experimentalmente por primera vez en cristales HoAgGe por la cooperación liderada por los investigadores de Augsburg. Enfriaron las muestras cerca de la temperatura cero absoluta y las examinaron bajo campos magnéticos externos de intensidad variable. Parte de los experimentos se llevaron a caboen el Centro Heinz Maier-Leibnitz en Garching, cerca de Múnich. Fueron apoyados por el departamento de ambiente de muestra del HZB, que proporcionó un crioimán superconductor para los experimentos en el FRM-II.
Datos sobre el espectro de energía de giro en NEAT
De este modo, pudieron generar diferentes disposiciones de giro, que se esperan en un sistema Kagome spin ice. Los cálculos del modelo del equipo de investigación de Augsburg mostraron cómo debería ser el espectro de energía de los giros. Este espectro de energía de los giros podría entonces sermedido utilizando el método de dispersión inelástica de neutrones en el instrumento NEAT en la fuente de neutrones de Berlín. "Este fue el bloque de construcción final para detectar los monopolos magnéticos en este sistema. El acuerdo con los espectros teóricamente predichos es realmente excelente", dice la Dra. Margarita Russina, quien es responsable del instrumento NEAT en HZB.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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