No todos los d\u00edas alguien se encuentra con un nuevo estado de la materia en la f\u00edsica cu\u00e1ntica, el campo cient\u00edfico dedicado a describir el comportamiento de las part\u00edculas at\u00f3micas y subat\u00f3micas para dilucidar sus propiedades. Sin embargo, esto es exactamente lo que ha hecho un equipo internacional de investigadores que incluye a Andrea Bianchi, profesor de f\u00edsica de la Universidad de Montreal e investigador en el Grupo de Quebec sobre materiales avanzados, y sus estudiantes Avner Fitterman y J\u00e9r\u00e9mi Dudemaine.<\/p>\n\n\n\n
En un art\u00edculo reciente publicado en la revista cient\u00edfica Physical Review X, los investigadores documentan un “estado fundamental l\u00edquido de esp\u00edn cu\u00e1ntico” en un material magn\u00e9tico creado en el laboratorio de Bianchi: Ce2Zr2O7, un compuesto compuesto de cerio, circonio y ox\u00edgeno.<\/p>\n\n\n\n
Como un l\u00edquido encerrado dentro de un s\u00f3lido extremadamente fr\u00edo<\/strong><\/p>\n\n\n\n En f\u00edsica cu\u00e1ntica, el esp\u00edn es una propiedad interna de los electrones ligada a su rotaci\u00f3n. Es el giro lo que le da al material en un im\u00e1n sus propiedades magn\u00e9ticas. En algunos materiales, el giro da como resultado una estructura desorganizada similar a la de las mol\u00e9culas en un l\u00edquido, de ah\u00ed la expresi\u00f3n “l\u00edquido de giro”.<\/p>\n\n\n\n En general, un material se vuelve m\u00e1s desorganizado a medida que aumenta su temperatura. Este es el caso, por ejemplo, cuando el agua se convierte en vapor. Pero la caracter\u00edstica principal de los l\u00edquidos de esp\u00edn es que permanecen desorganizados incluso cuando se enfr\u00edan hasta el cero absoluto (\u2013273 \u00b0C). Los l\u00edquidos de giro permanecen desorganizados porque la direcci\u00f3n del giro contin\u00faa fluctuando a medida que el material se enfr\u00eda en lugar de estabilizarse en un estado s\u00f3lido, como ocurre en un im\u00e1n convencional, en el que todos los giros est\u00e1n alineados.<\/p>\n\n\n\n El arte de ‘frustrar’ electrones<\/strong><\/p>\n\n\n\n Imagina un electr\u00f3n como una peque\u00f1a br\u00fajula que apunta hacia arriba o hacia abajo. En los imanes convencionales, los espines de los electrones est\u00e1n todos orientados en la misma direcci\u00f3n, hacia arriba o hacia abajo, creando lo que se conoce como “fase ferromagn\u00e9tica”. Esto es lo que mantiene las fotos y las notas pegadas a tu nevera.<\/p>\n\n\n\n Pero en los l\u00edquidos de esp\u00edn cu\u00e1ntico, los electrones se colocan en una red triangular y forman un “m\u00e9nage \u00e0 trois” caracterizado por una intensa turbulencia que interfiere con su orden. El resultado es una funci\u00f3n de onda entrelazada y sin orden magn\u00e9tico.<\/p>\n\n\n\n “Cuando se agrega un tercer electr\u00f3n, los giros de los electrones no pueden alinearse porque los dos electrones vecinos siempre deben tener giros opuestos, creando lo que llamamos frustraci\u00f3n magn\u00e9tica”, explic\u00f3 Bianchi. \u201cEsto genera excitaciones que mantienen el desorden de espines y por tanto el estado l\u00edquido, incluso a muy bajas temperaturas\u201d.<\/p>\n\n\n\n Entonces, \u00bfc\u00f3mo agregaron un tercer electr\u00f3n y causaron tal frustraci\u00f3n?<\/p>\n\n\n\n Crear un m\u00e9nage a trois Ce2Zr2O7 es un material a base de cerio con propiedades magn\u00e9ticas. “Se conoc\u00eda la existencia de este compuesto”, dijo Bianchi. “Nuestro gran avance fue crearlo en una forma pura \u00fanica. Usamos muestras fundidas en un horno \u00f3ptico para producir una disposici\u00f3n triangular casi perfecta de \u00e1tomos y luego verificamos el estado cu\u00e1ntico”.<\/p>\n\n\n\n Fue este tri\u00e1ngulo casi perfecto lo que permiti\u00f3 a Bianchi y su equipo en la UdeM crear una frustraci\u00f3n magn\u00e9tica en Ce2Zr2O7. Trabajando con investigadores de las universidades McMaster y Colorado State, el Laboratorio Nacional de Los \u00c1lamos y el Instituto Max Planck para la F\u00edsica de Sistemas Complejos en Dresden, Alemania, midieron la difusi\u00f3n magn\u00e9tica del compuesto.<\/p>\n\n\n\n
<\/strong>Entra en el im\u00e1n frustrado Ce2Zr2O7 creado por Bianchi en su laboratorio. A su ya larga lista de logros en el desarrollo de materiales avanzados como superconductores, ahora podemos agregar “maestro en el arte de frustrar imanes”.<\/p>\n\n\n\n