Puntos clave
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La investigación
Según un estudio publicado en Ciencia: (“Grandes campos magnéticos efectivos procedentes de fonones quirales en haluros de tierras raras”), exponer el fluoruro de cerio a pulsos de luz ultrarrápidos envía sus átomos a una danza que momentáneamente activa los espines de los electrones, haciendo que se alineen con la rotación atómica. De lo contrario, esta alineación requeriría un poderoso campo magnético para activarse, ya que el fluoruro de cerio es naturalmente paramagnético con espines orientados aleatoriamente incluso a temperatura cero. "Cada electrón posee un espín magnético que actúa como una pequeña aguja de brújula incrustada en el material, reaccionando al campo magnético local", dijo el científico de materiales de Rice y coautor Boris Yakobson. “La quiralidad ⎯ también llamada lateralidad debido a la forma en que las manos izquierda y derecha se reflejan entre sí sin ser superponibles ⎯ no debería afectar las energías del espín de los electrones. Pero en este caso, el movimiento quiral de la red atómica polariza los espines dentro del material como si se aplicara un gran campo magnético”. Aunque de corta duración, la fuerza que alinea los espines dura más que la duración del pulso de luz por un margen significativo. Dado que los átomos solo giran en determinadas frecuencias y se mueven durante más tiempo a temperaturas más bajas, mediciones adicionales dependientes de la frecuencia y la temperatura confirman aún más que la magnetización se produce como resultado de la danza quiral colectiva de los átomos. "El efecto del movimiento atómico sobre los electrones es sorprendente porque los electrones son mucho más ligeros y más rápidos que los átomos", dijo Zhu, catedrático William Marsh Rice de Rice y profesor asistente de ciencia de materiales y nanoingeniería. “Los electrones normalmente pueden adaptarse inmediatamente a una nueva posición atómica, olvidando su trayectoria anterior. Las propiedades materiales permanecerían sin cambios si los átomos giraran en el sentido de las agujas del reloj o en el sentido contrario, es decir, viajaran hacia adelante o hacia atrás en el tiempo, un fenómeno al que los físicos se refieren como simetría de inversión del tiempo”. La idea de que el movimiento colectivo de los átomos rompe la simetría de inversión del tiempo es relativamente reciente. Los fonones quirales ahora se han demostrado experimentalmente en algunos materiales diferentes, pero no se comprende bien exactamente cómo afectan las propiedades del material. "Queríamos medir cuantitativamente el efecto de los fonones quirales sobre las propiedades eléctricas, ópticas y magnéticas de un material", dijo Zhu. “Debido a que el espín se refiere a la rotación de los electrones, mientras que los fonones describen la rotación atómica, existe la ingenua expectativa de que los dos puedan comunicarse entre sí. Así que decidimos centrarnos en un fenómeno fascinante llamado acoplamiento de espín-fonón”. El acoplamiento spin-phonon juega un papel importante en aplicaciones del mundo real, como escribir datos en un disco duro. A principios de este año, el grupo de Zhu demostró un nuevo ejemplo de acoplamiento espín-fonón en capas moleculares individuales con átomos que se mueven linealmente y agitan espines. En sus nuevos experimentos, Zhu y los miembros del equipo tuvieron que encontrar una manera de hacer que una red de átomos se moviera de forma quiral. Esto requirió que eligieran el material correcto y crearan luz en la frecuencia correcta para hacer girar su red atómica con la ayuda del cálculo teórico de los colaboradores. "No existe una fuente de luz disponible para nuestras frecuencias de fonones de aproximadamente 10 terahercios", explicó Jiaming Luo, estudiante de posgrado en física aplicada y autor principal del estudio. “Creamos nuestros pulsos de luz mezclando intensas luces infrarrojas y girando el campo eléctrico para 'hablar' con los fonones quirales. Además, tomamos otros dos pulsos de luz infrarroja para monitorear el giro y el movimiento atómico, respectivamente”. Además de los conocimientos sobre el acoplamiento de espín-fonón derivados de los hallazgos de la investigación, el diseño y la configuración experimentales ayudarán a informar futuras investigaciones sobre materiales magnéticos y cuánticos. "Esperamos que medir cuantitativamente el campo magnético de los fonones quirales pueda ayudarnos a desarrollar protocolos experimentales para estudiar física novedosa en materiales dinámicos", dijo Zhu.- Distribución de relaciones públicas y contenido potenciado por SEO. Consiga amplificado hoy.
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- Fuente: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=64035.php
