Artículo publicado por David L. Chandler el 23 de septiembre de 2013 en MIT News
Los investigadores usan pulsos láser de baja frecuencia para estudiar las propiedades de un nuevo tipo de magnetismo fluctuante, conocido como estado de líquido de espín.
Usando pulsos láser de baja frecuencia, un equipo de investigadores ha llevado a cabo las primeras medidas que revelan las características en detalle de un tipo único de magnetismo encontrado en un mineral conocido como herbertsmithita.
Herbertsmithita
En este material, los elementos magnéticos fluctúan constantemente, llevando a un estado exótico de fluido conocido como “líquido de espín cuántico”. Esto se opone al magnetismo convencional que se encuentra en los materiales ferromagnéticos – donde todas las fuerzas se alinean en el mismo sentido, reforzándose entre sí – o antiferromagnéticos, donde los elementos magnéticos se alinean en sentidos opuestos, llevando a una cancelación completa del campo magnético global del material.
Aunque se había observado con anterioridad el estado de líquido de espín en la herbertsmithita, nunca se había realizado un análisis detallado de cómo responden los electrones del material a la luz — una clave para determinar cuál de las distintas teorías sobre el material es la correcta.
Ahora, un equipo del MIT, el Boston College y la Universidad de Harvard han llevado a cabo con éxito estas medidas. Se informa del nuevo análisis en un artículo de la revista Physical Review Letters, siendo coautores Nuh Gedik, Profesor Asociado de Física en el MIT, el estudiante graduado Daniel Pilon, el posdoctorado Chun Hung Lui y cuatro coautores más.
Sus medidas, usando pulsos láser que duraban una billonésima de segundo, revelan una firma en la conductividad óptica del estado de líquido de espín que refleja la influencia del magnetismo en el movimiento de los electrones. Esta observación apoya a un conjunto de predicciones teóricas que no habían sido demostradas experimentalmente. “Creemos que esta es una buena prueba”, dice Gedik, “y puede ayudar a zanjar lo que ha sido un debate bastante amplio sobre la investigación en los líquidos de espín”.
“Los teóricos han proporcionado un número de teorías sobre cómo podría formarse el estado de espín líquido en la herbertsmithita”, explica Pilon. “Pero, hasta la fecha, no había ningún experimento que distinguiese directamente entre ellas. Creemos que nuestro experimento ha proporcionado la primera prueba directa para la materialización de uno de estos modelos teóricos en la herbertsmithita”.
La idea de los líquidos de espín cuántico se propuso inicialmente en 1973, pero las primeras pruebas directas de tales materiales sólo se han hallado en los últimos años. Las nuevas medidas ayudan a aclarar las características fundamentales de este exótico sistema, que se cree que está estrechamente relacionado con los orígenes de la superconductividad a alta temperatura.
Gedik señala que: “aunque es difícil predecir en esta etapa alguna aplicación potencial, la investigación básica de esta inusual fase de la materia podría ayudarnos a resolver algunos problemas muy complejos de la física, particularmente la superconductividad a alta temperatura, que podría, finalmente, llevar a importantes aplicaciones”. Además de esto, Pilon comenta que: “este trabajo podría también ser útil en el desarrollo de la computación cuántica”.
Leon Balents, profesor de física en la Universidad de California en Santa Bárbara, que no estuvo implicado en este trabajo, dice: “si la conductividad óptica observada en estas medidas es realmente intrínseca, es un resultado importante y emocionante, que será muy importante para la comprensión de la naturaleza del estado de líquido de espín”.
Balents añade que se necesita de más trabajo para confirmar este resultado, pero dice que: “es, claramente, una medida importante y apasionante, que espero que tenga seguimiento en el futuro extendiendo el rango de frecuencia y campo magnético”.
Autor: David L. Chandler
Fecha Original: 23 de septiembre de 2013
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