Los electrones tienen diferentes propiedades, y todos se pueden usar para crear orden en objetos sólidos. Este orden determina las propiedades del material. Experimentos en la exposición TU Vienna: Es posible influir en las diferentes características de los electrones por separado entre síLos fenómenos cuánticos estrechamente entrelazados pueden entenderse individualmente.
Solo a temperaturas extremadamente bajas prevalece el orden. En la Universidad Tecnológica de Viena, los materiales se enfrían casi a cero absoluto, de modo que los electrones, que de otro modo ocupan diferentes estados de forma bastante aleatoria, muestran ciertas regularidades. Pero incluso el comportamiento de un frío tan extremolos electrones son difíciles de entender, por un lado porque los electrones se influyen fuertemente entre sí y no pueden describirse por separado, y por otro lado porque las diferentes características de los electrones juegan un papel al mismo tiempo. Sin embargo, la comprensión ahora es más fácil gracias a los experimentosen TU Wien: fue posible influir en las diferentes características de los electrones por separado. Los fenómenos cuánticos estrechamente entrelazados pueden entenderse individualmente. Los resultados ya se han publicado en la revista PNAS .
piezas de ajedrez y electrones
Imagina que tenemos una gran bolsa de piezas de ajedrez que colocas en un tablero de ajedrez una tras otra hasta que esté llena. Hay diferentes formas de crear patrones ordenados: por ejemplo, siempre puedes colocar una pieza blanca y una negra alternativamenteTambién puede ignorar los colores y colocar alternativamente un caballero y una torre, o pensar en patrones de orden más complicados que combinen el color y el tipo de figura.
Es similar con los electrones en un sólido: al igual que en un tablero de ajedrez, hay lugares regularmente dispuestos donde los electrones pueden sentarse. Y al igual que las piezas de ajedrez, los electrones tienen diferentes propiedades que pueden usarse para crear orden.
"La propiedad más simple de los electrones es su carga: es responsable del flujo de corriente eléctrica. Sin embargo, la carga es la misma para todos los electrones", dice la profesora Silke Bühler-Paschen del Instituto de Física del Estado Sólidoen la TU de Viena: "Las cosas se vuelven más interesantes si también consideramos el espín electrónico. Para el espín, siempre hay dos posibilidades diferentes. Sus propiedades magnéticas están determinadas por la disposición regular de los espines electrónicos en un cuerpo sólido".
¿Dónde se encuentra el electrón? El grado de libertad orbital
Sin embargo, para los electrones localizados hay otra propiedad, otro grado de libertad, que juega un papel importante: el grado de libertad orbital. Si un electrón está unido a un determinado átomo, son posibles diferentes disposiciones espaciales. La física cuántica permite diferentesrelaciones geométricas entre el electrón y el átomo, y esto también permite estructuras ordenadas en el sólido, por ejemplo, cuando muchos átomos idénticos están dispuestos en un cristal, y cada uno tiene un electrón que está en el mismo estado orbital.
"Investigamos un material hecho de paladio, silicio y cerio", dice Silke Bühler-Paschen. "Nos enfocamos en los electrones ubicados en el átomo de cerio y en los electrones de conducción, que pueden moverse libremente a través del cristal".Con la ayuda de los electrones de conducción, es posible influir en el orden de los electrones en el átomo de cerio, tanto en su grado de libertad de giro como en su grado de libertad orbital. "Esto se hace mediante blindaje", explica Bühler-Paschen.los electrones pueden ocultar virtualmente tanto el giro como el estado orbital de los electrones fijos, lo que se denomina efecto Kondo. Esto significa que el orden ya no es posible ". Como se ha demostrado ahora, el orden de estos dos grados de libertad se puede cambiarencendido y apagado por separado a temperaturas muy bajas, con la ayuda de pequeños cambios en el campo magnético.
"El hecho de que el orden en los sistemas cuánticos se derrumbe o reaparezca en ciertas situaciones no es nuevo", dice Silke Bühler-Paschen. "Pero aquí tenemos un sistema en el que el orden se puede activar y desactivar individualmente en relación con dos diferentesgrados de libertad estrechamente entrelazados a altas temperaturas, y eso es bastante notable "
Esta posibilidad ahora podría ayudar a descubrir propiedades particularmente interesantes de materiales complejos. "Hay razones para suponer que el grado de libertad orbital también juega un papel importante en el fenómeno de la superconductividad no convencional", dice Silke Bühler-Paschen. "Ahoratener un nuevo instrumento a nuestra disposición para comprender mejor estos efectos tecnológicamente importantes.
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Materiales proporcionado por Universidad Tecnológica de Viena . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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