Los Físicos Observan un Nuevo Estado de la Materia
En abril, el mundo de la física se asustó cuando los científicos confirmaron que habían hecho la primera observación directa de un estado nuevo de la materia - conocido como líquido cuántico de spin ( por primera vez ).
Pero ahora, un equipo de físicos acaba de anunciar que se han observado estado líquido cuántico de espín de nuevo ... y esta vez en un material en el que debería ser imposible.
El descubrimiento podría cambiar nuestra comprensión de cómo hacer de la computación cuántica.
"We have proved empirically that interesting quantum states like spin liquids can also occur in considerably more complex crystals with different constellations of magnetic interactions," (Hemos demostrado estados cuánticos empíricamente que interesantes como líquidos de hilatura, también puede ocurrir en los cristales considerablemente más complejas con diferentes constelaciones de las interacciones magnéticas),dijo el investigador principal Cristiano Balz , del Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB) en Alemania.
"Esto podría ser importante para el avance de los ordenadores cuánticos en el futuro porque líquidos de hilatura son uno de los posibles bloques de construcción para la realización de la unidad mínima de información cuántica, conocida como un qubit", agregó uno de los investigadores de alto nivel de Bella Lake.
Vamos a retroceder un segundo, porque todo esto no es tan confuso como suena.
Giro en el mundo cuántico en realidad no significa que un electrón es físicamente hilatura. Se refiere a un tipo de momento angular intrínseco que se limita a describir la forma en que un electrón se comporta. En la computación cuántica a menudo simplificar esta diciendo que el estado de espín es abajo, arriba, o en superposición (ambos al mismo tiempo).
Es como los átomos dentro de los materiales regulares.Cuando están en un estado fluido, se están moviendo libremente. Pero cuando las temperaturas caen, van a congelar en su lugar en una disposición sólida. Eso debería ocurrir con orientación del espín de los materiales magnéticos, pero en estado líquido cuántico de spin, no lo hace.
A pesar de que se había predicho en 1973, el nuevo estado de la materia sólo se observó por primera vez en el año, en un material de dos dimensiones, Similar al grafeno.
Ese descubrimiento tiene mucho sentido, según a nuestra comprensión de cómo surge el estado líquido de hilatura.
Básicamente, el criterio es que un material tiene que tener tiene propiedades anti-ferromagnéticos - o antiparalelas - ( interacciones ), que, como su nombre indica, es lo opuesto a las interacciones ferromagnéticas en materiales como el hierro y el níquel.
Esto significa que si un electrón tiene una vuelta "abajo", el que está junto a él tiene que tener un "arriba" espín, y así sucesivamente.
materiales anti-ferromagnéticos por sí mismas no necesariamente entran en estado líquido cuántico de espín, a menos que también sucede que tiene una disposición atómica triangular, lo que hace de esta alineación imposible.
Así, imagínense tres átomos en la esquina de un triángulo - que nunca todos van a estar en las alineaciones paralelas porque tan pronto como uno cambia conforme al uno a su derecha, el que está en su izquierda tendrá que cambiar, y así en y así sucesivamente. Van a seguir volteando su alineamiento, incluso a temperatura de cero absoluto - por lo tanto, el estado cuántico de espín líquido.
El material en cuestión es un monocristal de óxido de cromo de calcio (Ca10Cr7O28).
El óxido de calcio-cromo se compone de lo que se conoce como celosías Kagome - llevan el nombre del patrón de triángulos y hexágonos tejidas en cestas japonesas.
Básicamente significa que el material tiene una mezcla compleja de interacciones anti-ferromagnéticos, sino también mucho más fuertes interacciones ferromagnéticas, que, de acuerdo a la comprensión convencional, debe impedir que el comportamiento cuántico de espín líquido.
Pero a través de una serie de experimentos de dispersión y de espectrometría de Alemania, Francia, Inglaterra, Suiza y los EE.UU., el equipo fue capaz de demostrar que este no era el caso - estado líquido cuántico de spin ocurría incluso a temperaturas tan bajas como 20 millikelvin (alrededor de -273 grados Celsius).
Entonces, ¿qué está pasando aquí? Afortunadamente, el equipo ya ha llegado con una hipótesis para explicar por qué este material podría comportarse como un líquido cuántico de espín sin romper nuestro entendimiento convencional del estado de la materia.
El uso de simulaciones numéricas, han demostrado que la competencia es la clave para el comportamiento extraño - diferentes interacciones magnéticas en los materiales están compitiendo entre sí, y manteniendo los giros oscilando alrededor.
Se puede ver que suceda en la siguiente ilustración, que muestra las interacciones que compiten en cada átomo (las bolas de color gris y negro). Los palos verdes y rojas representan las interacciones ferromagnéticas, mientras que los palos azules representan las interacciones anti-ferromagnéticos, que están obligando a los giros que seguir cambiando.
"El trabajo esta mas halla de nuestra comprensión de los materiales magnéticos, y también nos muestra que no son potencialmente, candidatos apropiados para líquidos de hilatura como lo esperado", dijo Lake.
La investigación ha sido publicada en la revista Nature Physics , y ahora tiene que ser verificado por otros equipos antes de decir con seguridad que el estado cuántico de spin líquida puede existir en estos nuevos tipos de materiales.
Pero es un estudio muy interesante que amplía enormemente el conocimiento de los materiales que podríamos usar en el futuro para construir ordenadores cuánticos. No podemos esperar para saber más.
Pero ahora, un equipo de físicos acaba de anunciar que se han observado estado líquido cuántico de espín de nuevo ... y esta vez en un material en el que debería ser imposible.
El descubrimiento podría cambiar nuestra comprensión de cómo hacer de la computación cuántica.
"We have proved empirically that interesting quantum states like spin liquids can also occur in considerably more complex crystals with different constellations of magnetic interactions," (Hemos demostrado estados cuánticos empíricamente que interesantes como líquidos de hilatura, también puede ocurrir en los cristales considerablemente más complejas con diferentes constelaciones de las interacciones magnéticas),dijo el investigador principal Cristiano Balz , del Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB) en Alemania.
"Esto podría ser importante para el avance de los ordenadores cuánticos en el futuro porque líquidos de hilatura son uno de los posibles bloques de construcción para la realización de la unidad mínima de información cuántica, conocida como un qubit", agregó uno de los investigadores de alto nivel de Bella Lake.
Vamos a retroceder un segundo, porque todo esto no es tan confuso como suena.
Giro en el mundo cuántico en realidad no significa que un electrón es físicamente hilatura. Se refiere a un tipo de momento angular intrínseco que se limita a describir la forma en que un electrón se comporta. En la computación cuántica a menudo simplificar esta diciendo que el estado de espín es abajo, arriba, o en superposición (ambos al mismo tiempo).
Líquido cuántico de espín es un estado de la materia que, simplemente, se produce cuando el espín de los electrones siguen fluctuando de manera fluida, incluso a temperaturas muy bajas, cuando deberían ser congelados en su lugar.
Es como los átomos dentro de los materiales regulares.Cuando están en un estado fluido, se están moviendo libremente. Pero cuando las temperaturas caen, van a congelar en su lugar en una disposición sólida. Eso debería ocurrir con orientación del espín de los materiales magnéticos, pero en estado líquido cuántico de spin, no lo hace.
A pesar de que se había predicho en 1973, el nuevo estado de la materia sólo se observó por primera vez en el año, en un material de dos dimensiones, Similar al grafeno.
Ese descubrimiento tiene mucho sentido, según a nuestra comprensión de cómo surge el estado líquido de hilatura.
Básicamente, el criterio es que un material tiene que tener tiene propiedades anti-ferromagnéticos - o antiparalelas - ( interacciones ), que, como su nombre indica, es lo opuesto a las interacciones ferromagnéticas en materiales como el hierro y el níquel.
Esto significa que si un electrón tiene una vuelta "abajo", el que está junto a él tiene que tener un "arriba" espín, y así sucesivamente.
materiales anti-ferromagnéticos por sí mismas no necesariamente entran en estado líquido cuántico de espín, a menos que también sucede que tiene una disposición atómica triangular, lo que hace de esta alineación imposible.
Así, imagínense tres átomos en la esquina de un triángulo - que nunca todos van a estar en las alineaciones paralelas porque tan pronto como uno cambia conforme al uno a su derecha, el que está en su izquierda tendrá que cambiar, y así en y así sucesivamente. Van a seguir volteando su alineamiento, incluso a temperatura de cero absoluto - por lo tanto, el estado cuántico de espín líquido.
Pero la nueva investigación sugiere que los criterios no es del todo bien, ya que el equipo alemán fueron capaces de observar el nuevo estado de la materia que ocurre en un material que no encaja en ese perfil.
El material en cuestión es un monocristal de óxido de cromo de calcio (Ca10Cr7O28).
El óxido de calcio-cromo se compone de lo que se conoce como celosías Kagome - llevan el nombre del patrón de triángulos y hexágonos tejidas en cestas japonesas.
Básicamente significa que el material tiene una mezcla compleja de interacciones anti-ferromagnéticos, sino también mucho más fuertes interacciones ferromagnéticas, que, de acuerdo a la comprensión convencional, debe impedir que el comportamiento cuántico de espín líquido.
Pero a través de una serie de experimentos de dispersión y de espectrometría de Alemania, Francia, Inglaterra, Suiza y los EE.UU., el equipo fue capaz de demostrar que este no era el caso - estado líquido cuántico de spin ocurría incluso a temperaturas tan bajas como 20 millikelvin (alrededor de -273 grados Celsius).
Entonces, ¿qué está pasando aquí? Afortunadamente, el equipo ya ha llegado con una hipótesis para explicar por qué este material podría comportarse como un líquido cuántico de espín sin romper nuestro entendimiento convencional del estado de la materia.
El uso de simulaciones numéricas, han demostrado que la competencia es la clave para el comportamiento extraño - diferentes interacciones magnéticas en los materiales están compitiendo entre sí, y manteniendo los giros oscilando alrededor.
Se puede ver que suceda en la siguiente ilustración, que muestra las interacciones que compiten en cada átomo (las bolas de color gris y negro). Los palos verdes y rojas representan las interacciones ferromagnéticas, mientras que los palos azules representan las interacciones anti-ferromagnéticos, que están obligando a los giros que seguir cambiando.
La investigación ha sido publicada en la revista Nature Physics , y ahora tiene que ser verificado por otros equipos antes de decir con seguridad que el estado cuántico de spin líquida puede existir en estos nuevos tipos de materiales.
Pero es un estudio muy interesante que amplía enormemente el conocimiento de los materiales que podríamos usar en el futuro para construir ordenadores cuánticos. No podemos esperar para saber más.
