Cuando las temperaturas descienden por debajo de los cero grados Celsius, el agua se convierte en hielo. ¿Pero todo se congela realmente si se enfría lo suficiente? En la imagen clásica, la materia se vuelve inherentemente sólida a bajas temperaturas. Sin embargo, la mecánica cuántica puede romper esta reglaPor lo tanto, el gas helio, por ejemplo, puede volverse líquido a -270 grados, pero nunca sólido bajo presión atmosférica: no hay hielo de helio.
Lo mismo es cierto para las propiedades magnéticas de los materiales: a temperaturas suficientemente bajas, los momentos magnéticos conocidos como 'espines', por ejemplo, se organizan de tal manera que están orientados en sentido opuesto / antiparalelo a sus respectivos vecinos.Piense en esto como flechas que apuntan alternativamente hacia arriba y hacia abajo a lo largo de una cadena o en un patrón de tablero de ajedrez. Se vuelve frustrante cuando el patrón se basa en triángulos: mientras que dos giros pueden alinearse en direcciones opuestas, el tercero siempre es paralelo a uno de ellos y noal otro, no importa cómo lo gires.
Para este problema, la mecánica cuántica sugiere la solución de que la orientación y el enlace de dos espines no son rígidos, sino que los espines fluctúan. El estado formado se denomina líquido de espín cuántico en el que los espines constituyen un conjunto entrelazado mecánicamente cuántico. Esta ideafue propuesto hace casi cincuenta años por el premio Nobel estadounidense Phil W. Anderson 1923-2020. Después de décadas de investigación, solo un puñado de materiales reales permanecen en la búsqueda de este estado exótico de la materia. Como un "candidato" particularmente prometedorSe consideró una red triangular en un compuesto orgánico complejo, en el que no se podía observar ningún orden magnético con un patrón regular de arriba hacia abajo, incluso a temperaturas extremadamente bajas. ¿Era esta la prueba de que los líquidos de espín cuántico realmente existen?
Un problema es que es extremadamente difícil medir los espines de electrones a temperaturas tan extremadamente bajas, especialmente a lo largo de diferentes direcciones de cristal y en campos magnéticos variables. Todos los experimentos anteriores han podido sondear líquidos de espín cuántico solo más o menos indirectamente, ysu interpretación se basa en ciertos supuestos y modelos. Por lo tanto, durante muchos años se ha desarrollado un nuevo método de espectroscopía de resonancia de espín de electrones de banda ancha en el Instituto de Física 1 de la Universidad de Stuttgart.
Utilizando líneas de microondas en el chip, se pueden observar directamente las propiedades de los espines hasta unas pocas centésimas de grado por encima del cero absoluto. Al hacerlo, los investigadores encontraron que los momentos magnéticos no se organizan en el sentido ascendente y descendente.patrón de un imán típico, ni forman un estado dinámico que se asemeje a un líquido. "De hecho, observamos los espines en pares separados espacialmente. Por lo tanto, nuestros experimentos han destrozado el sueño de un líquido de espín cuántico por ahora, al menos para estecompuesto ", resume el profesor Martin Dressel, director del Instituto de Física 1.
Pero a pesar de que los pares no fluctuaron como se esperaba, este exótico estado fundamental de la materia no ha perdido nada de su fascinación para los físicos. "Queremos investigar si los líquidos de espín cuántico podrían ser detectables en otros compuestos de red triangular o incluso en completamentediferentes sistemas, como estructuras de panal ", Dressel describe los siguientes pasos. Sin embargo, también podría ser que un estado dinámico tan desordenado simplemente no exista en la naturaleza. Quizás todo tipo de interacción conduzca de una forma u otra a una disposición regular sila temperatura es lo suficientemente baja. A los giros les gusta emparejarse.
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Materiales proporcionado por Universitaet Stuttgart . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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