En trabajos publicados en Carta de revisión física s, los científicos de RIKEN en Japón han descubierto nuevas propiedades magnéticas interesantes de un tipo de materiales conocidos como "hielo de espín cuántico". Estos materiales demuestran propiedades interesantes ya que se comportan como "imanes frustrados" - sistemas que pueden asentarse en varios magnéticosdebido a su geometría especial. Una propiedad importante de estos materiales es que tienen monopolos virtuales, partículas que son norte o sur pero no como imanes típicos, que invariablemente tienen tanto un polo norte como un sur confinados juntos.
Utilizando simulaciones numéricas, el grupo mostró cómo un campo magnético podría usarse para controlar las propiedades de los polos norte y sur, que se fraccionan a partir de momentos magnéticos de electrones, en un imán frustrado llamado hielo de espín cuántico.
El grupo propuso por primera vez un modelo para el hielo en espín cuántico - hielo en espín basado en propiedades cuánticas - en 2010 con el fin de describir las propiedades magnéticas de baja energía de los pirocloros magnéticos de tierras raras - un tipo de mineral que muestra un físico interesantepropiedades. En 2012, los experimentos demostraron que este modelo era válido. Este sistema incluye un estado líquido de espín cuántico donde los espines, la propiedad de los electrones que conducen a propiedades magnéticas, no se pueden ordenar y congelar mediante un movimiento de punto cero, un tipode movimiento permitido incluso a temperatura cero bajo la mecánica cuántica, de sus monopolos. Dado que las cargas monopolares están sujetas a una ley de conservación, el movimiento de los polos norte y sur afecta directamente la dirección de los momentos magnéticos en el sistema. Además, las cargas eléctricas no sonllevado por estos monopolos, y por lo tanto la corriente monopolar no está acompañada por una corriente eléctrica que conduciría a una gran pérdida de energía a través del calor de Joule. "Debido a esto", dice Shigeki Onoda, ellíder del grupo, "la corriente monopolo ofrece una forma potencialmente eficiente de controlar los imanes sin pérdida"
A través de este trabajo, los investigadores revelaron que hay transiciones sucesivas desde el estado líquido del espín cuántico si se aplica un campo magnético en una dirección especial a lo largo de la cual las capas de celosía de kagome y las capas de celosía triangular se apilan una encima de la otra.Primero, la magnetización del sistema aumenta suavemente a un valor de dos tercios del valor máximo en el estado líquido de rotación cuántica, y luego permanece en ese nivel en un rango finito de la intensidad de campo, que se llama meseta de magnetización 2/3En este estado de meseta, el movimiento de punto cero de los monopolos está limitado y localizado espacialmente y, por lo tanto, este estado no puede albergar una corriente de monopolos coherente. Sin embargo, a medida que aumenta la fuerza del campo magnético, la magnetización del material finalmente comienza ase eleva de nuevo y concomitantemente, las cargas monopolo se vuelven desproporcionadas y muestran una superfluidez. Este es un análogo magnético de un supersólido en helio 4, donde los átomos muestran tanto un espacio no uniformel distribución y una superfluidez, que soporta corriente sin fricción y por lo tanto sin disipación, a temperatura extremadamente baja.La fase supersólida monopolar sobrevive hasta que la magnetización se satura al valor máximo.
Según Onoda, "Nuestro trabajo indica que la conductividad asociada con la corriente monopolo puede controlarse sustancialmente aplicando un campo magnético al hielo de espín cuántico y que es posible alojar corriente monopolo sin disipación en la fase supersólida monopolo. Nuestros hallazgos puedentambién abre una ruta novedosa para el control eficiente del magnetismo para una gama de aplicaciones potenciales, como dispositivos de memoria ".
El documento se publicó en línea el 13 de noviembre. El trabajo fue parcialmente apoyado por Grants-in-Aid for Scientic Research bajo Grant No. 24740253 y No. 16K05426 de Japan Society para la promoción de la Ciencia y bajo Grant No. 15H01025 delMinisterio de Educación, Cultura, Deportes y Tecnología de Japón y por el proyecto RIKEN iTHES. Los cálculos numéricos se realizaron utilizando el sistema de supercomputación HOKUSAI-Great Wave en RIKEN.
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Materiales proporcionados por RIKEN . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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