Al igual que Bigfoot y el monstruo del lago Ness, las fluctuaciones críticas de espín en un sistema magnético no se han capturado en la película. A diferencia de las criaturas legendarias, estas fluctuaciones, que son patrones de espín de electrones altamente correlacionados, realmente existen, pero sondemasiado aleatorio y turbulento para ser visto en tiempo real.
Un equipo de Cornell desarrolló una nueva técnica de imagen que es lo suficientemente rápida y sensible como para observar estas evasivas fluctuaciones críticas en imanes bidimensionales. Esta imagen en tiempo real permite a los investigadores controlar las fluctuaciones y cambiar el magnetismo mediante un mecanismo "pasivo" que podríaeventualmente conducirá a dispositivos de almacenamiento magnético con mayor eficiencia energética.
Colaboración radical
El documento del equipo, "Imágenes y control de fluctuaciones críticas en imanes bidimensionales", publicado el 8 de junio en Materiales de la naturaleza .
Los autores principales del artículo son Kin Fai Mak, profesor asociado de física en la Facultad de Artes y Ciencias, y Jie Shan, profesora de física aplicada e ingeniería en la Facultad de Ingeniería. Ambos investigadores son miembros del Instituto Kavli enCornell para Nanoscale Science, y vinieron a Cornell a través de la iniciativa de Nanoescale Science and Microsystems Engineering NEXT Nano del preboste. Su laboratorio compartido se especializa en la física de materiales cuánticos atómicamente delgados.
Las fluctuaciones de magnetización se consideran "críticas" cuando ocurren cerca del punto crítico termodinámico, que es el momento en que una forma de materia pasa a una nueva fase, dando lugar a todo tipo de fenómenos inusuales. Un ejemplo típico es el hierro, que pierdesus propiedades magnéticas cuando se calienta a temperaturas extremas.
En esta región o régimen crítico, las fluctuaciones dejan de comportarse al azar y, en cambio, se correlacionan mucho.
"Si imagina que todas las moléculas de aire están correlacionadas, se mueven juntas en una escala de longitud muy grande como el viento", dijo Chenhao Jin, becario postdoctoral del Instituto Kavli y autor principal del artículo. "Eso es lo que sucede cuando la fluctuaciónse correlaciona. Puede conducir a efectos dramáticos en un sistema y en cualquier escala porque la correlación, en principio, puede llegar al infinito. La fluctuación que estamos viendo aquí es el giro, o el momento magnético, fluctuaciones ".
Estas fluctuaciones críticas de magnetización son difíciles de ver porque cambian constantemente y ocurren en un rango de temperatura muy estrecho.
"Los físicos han estudiado la transición de fase magnética durante muchas décadas, y sabemos que este fenómeno se observa más fácilmente en un sistema bidimensional", dijo Mak. "¿Qué es más bidimensional que un imán que tiene una sola capa?de átomos? "
Observar una señal de una sola capa atómica aún presenta muchos desafíos. Los investigadores utilizaron un aislante ferromagnético de una sola capa, el bromuro de cromo, que como sistema bidimensional presenta un régimen crítico más amplio y fluctuaciones más fuertes. Para ver estosfluctuaciones en tiempo real, los investigadores necesitaban un método que fuera igualmente rápido, con una alta resolución espacial y una amplia capacidad de imagen de campo.
El equipo pudo cumplir esos criterios utilizando luz con un estado de polarización muy puro para sondear la monocapa y registrar una señal limpia del momento magnético, que es la fuerza y la orientación del imán, a medida que hace su espontáneofluctuaciones.
La capacidad de capturar este fenómeno en tiempo real significa que los investigadores pueden controlar las fluctuaciones críticas en el imán simplemente aplicando un voltaje pequeño y permitiendo que las fluctuaciones cambien de un lado a otro entre los estados. Una vez que se ha alcanzado el estado o valor objetivo, elel voltaje se puede apagar. No se necesita un campo magnético para controlar las fluctuaciones porque esencialmente se manejan solos. Esto podría conducir a la creación de dispositivos de almacenamiento magnético que consuman mucha menos energía.
"Es un concepto fundamentalmente diferente del cambio de estado magnético activo, porque es totalmente pasivo", dijo Mak. "Es un cambio basado en la información obtenida de las mediciones, en lugar de impulsar activamente el sistema. Por lo tanto, es un concepto nuevo que podría potencialmenteahorrar mucha energía "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Cornell . Original escrito por David Nutt. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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