En 1987 Paul W. Anderson, ganador del Premio Nobel de Física, propuso que la superconductividad de alta temperatura, o pérdida de resistencia eléctrica, está relacionada con un estado cuántico exótico ahora conocido como líquido de espín cuántico. Los materiales magnéticos están compuestos de muyimanes diminutos, que pueden ser tan pequeños como electrones individuales. La fuerza y la dirección de estos se describen por el momento magnético. En los líquidos de espín cuántico, los momentos magnéticos se comportan como un líquido y no se congelan ni ordenan incluso en el cero absoluto. Estos estados cuánticosse están estudiando como materiales prometedores para las nuevas computadoras cuánticas topológicas, en las que las operaciones se basan en estados excitados similares a partículas que se encuentran en líquidos de espín cuántico. Además de una gran potencia computacional, una computadora cuántica topológica se caracteriza por una alta tolerancia a fallas, lo que permite aumentar el tamaño de la computadora. Sin embargo, hasta ahora solo se han identificado unos pocos líquidos de espín cuántico adecuados para computadoras cuánticas topológicas.
Un método para adaptar el magnetismo de los materiales desarrollado en Aalto permitió la preparación de un nuevo líquido de espín cuántico.
Ahora, por primera vez, investigadores de la Universidad de Aalto, el Centro Brasileño de Investigación en Física CBPF, la Universidad Técnica de Braunschweig y la Universidad de Nagoya han producido el líquido de espín cuántico parecido a un superconductor predicho por Anderson. Este es un paso importantehacia la comprensión de los superconductores y los materiales cuánticos. La preparación de un líquido de espín cuántico fue posible gracias a una nueva forma de adaptar las propiedades de los materiales magnéticos que fue desarrollada por químicos de la Universidad de Aalto. Los resultados de la investigación se han publicado en Comunicaciones de la naturaleza .
Los superconductores de alta temperatura son óxidos de cobre en los que los iones de cobre forman una red cuadrada de modo que los momentos magnéticos adyacentes se enfrentan en direcciones opuestas. Cuando esta estructura se altera al cambiar el estado de oxidación del cobre, el material se vuelve superconductor. En el nuevoinvestigación ahora publicada, las interacciones magnéticas de esta estructura cuadrada se modificaron con iones con una estructura electrónica d10 y d0, que convirtieron el material en un líquido de espín cuántico.
"En el futuro, este nuevo método d10 / d0 se puede utilizar en muchos otros materiales magnéticos, incluidos varios materiales cuánticos", prevé el candidato a doctorado Otto Mustonen de la Universidad de Aalto.
cooperación perfecta
La detección empírica de líquidos de espín cuántico es difícil y requiere una amplia infraestructura de investigación.
"Usamos espectroscopia de espín muónico en este estudio. Este método se basa en la interacción de partículas elementales similares a electrones de vida muy corta, conocidas como muones, con el material que se está estudiando. El método puede detectar campos magnéticos muy débilesen materiales cuánticos ", dice el profesor F. Jochen Litterst de la Universidad Técnica de Braunschweig. Las mediciones se realizaron en el Instituto Paul Scherrer en Suiza.
"Además de equipos de primera clase, la investigación requiere una cooperación fluida entre químicos y físicos", enfatiza la profesora Maarit Karppinen. "Vamos a necesitar el mismo enfoque multidisciplinario internacional en el futuro para que esta investigación sobre líquidos de espín cuánticopuede llevarnos a la realización experimental de la computadora cuántica topológica ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Aalto . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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