Los físicos han descubierto un nuevo estado cuántico en un material con la fórmula química Mn3Sitio6. El nuevo estado se forma debido a corrientes internas teorizadas durante mucho tiempo pero nunca antes observadas que fluyen en bucles alrededor de la estructura similar a un panal del material. Según sus descubridores, este nuevo estado podría tener aplicaciones para sensores cuánticos y dispositivos de almacenamiento de memoria para computadoras cuánticas.
Mn3Sitio6 es un ferrimagneto, lo que significa que los átomos que lo componen tienen momentos magnéticos opuestos pero desiguales. Por lo general, se comporta como un aislante, pero cuando los físicos dirigidos por pandilla cao de la Universidad de Colorado, Boulder, EE. UU., lo expuso a un campo magnético aplicado a lo largo de una determinada dirección, y descubrieron que se volvió mucho más conductor, casi como si se hubiera transformado de caucho a metal.
Este efecto, conocido como magnetorresistencia colosal (CMR), no es nuevo en sí mismo. De hecho, los físicos lo conocen desde la década de 1950, y ahora se emplea en unidades de disco de computadora y muchos otros dispositivos electrónicos, donde ayuda a que las corrientes eléctricas se desplacen a lo largo de distintas trayectorias de manera controlada.
Lo que diferencia la transición del aislador-CMR que observaron Cao y sus colegas es el mecanismo detrás de ella. en manganeso3Sitio6, esta transición es impulsada por bucles internos de corriente con una quiralidad o quiralidad específica que se forman dentro de las estructuras octaédricas del material. Cao explica que estas corrientes internas son extraordinariamente susceptibles a las corrientes externas, que interrumpen y eventualmente "derriten" las corrientes de bucle. El resultado es una transición a un estado cuántico diferente a través de un mecanismo similar a la transición de sólido a líquido.
Estabilidad a largo plazo
"Tal transición tarda segundos o minutos en ocurrir porque las corrientes de bucle se extienden sobre múltiples sitios atómicos que permiten que el nuevo cuanto permanezca metaestable en escalas de tiempo sorprendentemente largas", informa Cao. "Esta estabilidad la establece el movimiento atómico en lugar de los electrones solos, lo que haría que la transición ocurriera mucho más rápido, del orden de picosegundos".
Mn3Sitio6El comportamiento de CMR de lo convierte en una intrigante excepción a los patrones de CMR más comunes, añade Cao. “En este material, la CMR solo ocurre cuando no hay polarización magnética”, dice. Mundo de la física. “El fenómeno que observamos desafía todos los modelos teóricos y precedentes experimentales existentes”.
Según Cao y sus colegas, en ausencia de un campo magnético, las corrientes de bucle en Mn3Sitio6 tienden a permanecer desordenados, fluyendo tanto en sentido horario como antihorario. Cao compara este efecto con los automóviles que pasan por una rotonda en ambas direcciones a la vez, y dice que el desorden resultante provoca "atascos de tráfico" para los electrones que viajan en el material, lo que aumenta la resistencia y lo convierte en un aislante.
Los ferriimanes aceleran los recuerdos de las pistas de carreras
“Sin embargo, en presencia de un campo magnético, las corrientes de bucle comenzarán a circular solo en una dirección, lo que crea un estado ordenado”, continúa. “Los atascos de tráfico desaparecen y los electrones pueden propagarse a través del material con una dispersión de electrones drásticamente reducida como si fuera un cable de metal”.
En opinión de Cao, el estado cuántico recién descubierto plantea muchas preguntas fundamentales aún sin respuesta. Sin embargo, sugiere que la extraordinaria susceptibilidad del nuevo estado cuántico a las pequeñas corrientes externas, junto con su conmutación controlable y dependiente del tiempo, podría ofrecer un paradigma para dispositivos cuánticos como memorias y sensores.
Por ahora, el efecto solo se ha observado a bajas temperaturas, pero Cao y sus colegas ahora están buscando materiales que muestren el mismo comportamiento a temperaturas más altas. “Ningún estado cuántico existe solo en un material en particular”, dice Cao. "El estado cuántico que hemos observado, por lo tanto, no debería ser una excepción".
La investigación se detalla en Naturaleza.
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- Fuente: https://physicsworld.com/a/chiral-orbit-currents-create-new-quantum-state/
