El físico de la Universidad de Rice Qimiao Si comenzó a mapear la criticidad cuántica hace más de una década, y finalmente encontró un viajero que puede atravesar la frontera final.
El viajero es una aleación de cerio paladio y aluminio, y su viaje se describe en un estudio publicado en línea esta semana en Física de la naturaleza por Si, un físico teórico y director del Centro de Arroz para Materiales Cuánticos RCQM, y colegas en China, Alemania y Japón.
El mapa de Si es un gráfico llamado diagrama de fase, una herramienta que los físicos de la materia condensada suelen utilizar para interpretar lo que sucede cuando un material cambia de fase, como cuando un bloque sólido de hielo se derrite en agua líquida.
Las regiones en el mapa de Si son áreas donde los electrones siguen diferentes conjuntos de reglas, y el documento describe cómo los investigadores usaron la disposición geométrica de los átomos en la aleación en combinación con diversas presiones y campos magnéticos para alterar el camino de la aleación y llevarlo auna región donde los físicos solo han podido especular sobre las reglas que rigen el comportamiento de los electrones.
"Esa es la esquina, o parte, de esta hoja de ruta a la que todo el mundo realmente quiere acceder", dijo Si, señalando el lado superior izquierdo del diagrama de fases, en lo alto del eje vertical marcado G. "Ha tomado a la comunidadun gran esfuerzo para mirar a través de materiales candidatos que tienen la característica de la frustración geométrica, que es una forma de darse cuenta de esta gran G. "
La frustración proviene de la disposición de los átomos de cerio en la aleación en una serie de triángulos equiláteros. La disposición de celosía kagome se llama así por su similitud con los patrones en las cestas de kagome japonesas tradicionales, y la disposición triangular asegura que gire, lo magnéticoestados de electrones, no pueden organizarse como lo harían normalmente bajo ciertas condiciones. Esta frustración proporcionó una palanca experimental que Si y sus colaboradores podrían usar para explorar una nueva región del diagrama de fase donde el límite entre dos estados bien estudiados y bien entendidos- uno marcado por una disposición ordenada de espines de electrones y el otro por desorden - divergido.
"Si comienza con un patrón ordenado, antiferromagnético de giros en una disposición de arriba hacia abajo, de arriba hacia abajo, hay varias formas de suavizar este patrón duro de los giros", dijeron Si, Harry C. y Olga K.Profesor de Wiess en el Departamento de Física y Astronomía de Rice. "Una forma es a través del acoplamiento a un fondo de electrones de conducción, y a medida que cambias las condiciones para mejorar este acoplamiento, los giros se vuelven más y más revueltos. Cuando la lucha es lo suficientemente fuerte, la ordenel patrón se destruye y terminas con una fase no ordenada, una fase paramagnética ".
Los físicos pueden trazar este viaje del orden al desorden como una línea en un diagrama de fase. En el ejemplo anterior, la línea comenzaría en una región marcada "AF" para la fase antiferromagnética, y continuaría a través de un borde hacia una región vecina marcada "P "para paramagnético. El cruce fronterizo es el" punto crítico cuántico "donde miles de millones de billones de electrones actúan al unísono, ajustando sus posturas para ajustarse a las reglas del régimen en el que acaban de ingresar.
Si es uno de los principales defensores de la criticidad cuántica, un marco teórico que busca describir y predecir el comportamiento de los materiales cuánticos en relación con estos puntos críticos y cambios de fase.
"Lo que hace la frustración geométrica es extender el proceso donde el orden de giro se vuelve más y más frágil para que ya no sea solo un punto por el que el sistema pasa en el camino de desorden", dijo. "De hecho,ese punto se divide en una región separada, con bordes distintos a cada lado ".
Si dijo que el equipo, que incluía a los autores corresponsales y socios de RCQM Frank Steglich del Instituto Max Planck de Física Química de los Sólidos en Dresden, Alemania y Peijie Sun de la Academia de Ciencias de China en Beijing, realizó experimentos que proporcionaron evidencia de quela aleación de aluminio de cerio paladio sufre dos cruces fronterizos.
Los físicos han realizado numerosos experimentos para ver cómo se comportan varios materiales en la fase ordenada donde la aleación comenzó su viaje y en la fase desordenada donde terminó, pero Si dijo que estos son los primeros experimentos en trazar un camino a través de la fase intermedia que eshabilitado por un alto grado de frustración geométrica.
Dijo que las mediciones de las propiedades electrónicas de la aleación a medida que pasaba por la región no podían explicarse por las teorías tradicionales que describen el comportamiento de los metales, lo que significa que la aleación se comportó como un metal "extraño" en el territorio misterioso.
"El sistema actuó como una especie de líquido giratorio, aunque metálico", dijo.
Si dijo que los resultados demuestran que la frustración geométrica puede usarse como un principio de diseño para crear metales extraños.
"Eso es significativo porque las excitaciones electrónicas inusuales en metales extraños también son las propiedades exóticas subyacentes de otros materiales cuánticos fuertemente correlacionados, incluida la mayoría de los superconductores de alta temperatura", dijo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Rice . Original escrito por Jade Boyd. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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