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  • Los científicos crean hielo de espín artificial altamente ordenado utilizando nanotecnología

    (PhysOrg.com) - Un equipo internacional de investigadores ha logrado crear hielo de espín artificial en un estado de equilibrio térmico por primera vez, permitiéndoles examinar la configuración precisa de este importante nanomaterial.

    Científicos de la Universidad de Leeds, El Laboratorio Nacional Brookhaven del Departamento de Energía de EE. UU. y el Laboratorio Rutherford Appleton del Consejo de Instalaciones de Ciencia y Tecnología del Reino Unido dicen que el avance les permitirá estudiar con mucho mayor detalle un fenómeno científico conocido como 'monopolos magnéticos'. que se cree que existen en tales estructuras. Sus hallazgos se publican hoy en la revista. Física de la naturaleza .

    El hielo artificial se construye utilizando nanotecnología y está formado por millones de pequeños imanes, cada uno miles de veces más pequeño que un grano de arena. Los imanes existen en una red en lo que se conoce como una estructura "frustrada". Como agua helada la geometría de la estructura significa que todas las interacciones entre los átomos no se pueden satisfacer al mismo tiempo.

    "Es como intentar sentar a comensales masculinos y femeninos alternativamente alrededor de una mesa con un número impar de asientos; por mucho que los reorganice, nunca lo logrará, "dijo el Dr. Christopher Marrows de la Universidad de Leeds, coautor del artículo.

    En hielo giratorio Los dipolos magnéticos con un polo norte y sur están dispuestos en estructuras tetraédricas. Cada dipolo tiene momentos magnéticos, similar a los protones en las moléculas de H2O en el hielo de agua, que se atraen y se repelen. Como consecuencia, los dipolos se colocan en el estado de energía más bajo posible, que son dos polos apuntando hacia adentro y dos apuntando hacia afuera.

    El Dr. Marrows dijo:"Los hielos de espín han creado mucho entusiasmo en los últimos años, ya que se ha descubierto que son un campo de juego para los físicos que estudian las excitaciones magnéticas de los monopolos y la física de las cuerdas de Dirac en estado sólido. Sin embargo, hasta ahora todas las muestras de estas estructuras artificiales creadas en el laboratorio han sido lo que llamamos 'atascadas'.

    "Lo que hemos hecho es encontrar una manera de desatascar el hielo giratorio y ponerlo en un estado fundamental bien ordenado conocido como equilibrio térmico. Luego podemos congelar una muestra en este estado, y use un microscopio para ver hacia dónde apuntan todos los pequeños imanes. Es el equivalente a poder tomar una fotografía de cada átomo de una habitación, ya que nos permite inspeccionar exactamente cómo está configurada la estructura ".

    Jason Morgan, Estudiante de doctorado en la Universidad de Leeds y autor principal del artículo, fue el primer miembro del equipo en observar la muestra en equilibrio. Él dijo:"Conseguir que la muestra se auto-ordene de tal manera nunca se había logrado experimentalmente antes y por un tiempo se había considerado imposible. Pero cuando miramos la muestra usando microscopía de fuerza magnética y vimos esta hermosa estructura periódica, supimos instantáneamente que habíamos logrado un estado fundamental ordenado ".

    Los investigadores también han podido observar excitaciones individuales fuera de este estado fundamental dentro de su muestra, lo que dicen es evidencia de la dinámica monopolo dentro de la celosía.

    Los monopolos magnéticos (imanes con un solo polo norte o sur) son antiguas partículas hipotéticas que ahora se cree que existen en el hielo espín. Existe la esperanza entre los científicos de que la comprensión de estos monopolos con más detalle podría conducir a avances en un campo tecnológico novedoso conocido como "magnetricidad", un equivalente magnético a la electricidad.

    Coautor Sean Langridge, un miembro del Consejo de Instalaciones de Ciencia y Tecnología (STFC) y profesor invitado en la Universidad de Leeds, agregó:"En los sistemas de hielo de espín que ocurren naturalmente, este estado fundamental se predice pero no se ha observado experimentalmente.

    "Ahora que se ha observado en un sistema artificial, el siguiente paso es observar dinámicamente las excitaciones de este estado fundamental. Solo podemos hacer esto controlando las interacciones con técnicas litográficas de última generación. Este nivel de control proporcionará un nivel uniforme mayor nivel de comprensión en este fascinante sistema ".

    El equipo creó muestras de hielo espín "artificiales" en Brookhaven utilizando una herramienta de nanotecnología de última generación llamada escritor por haz de electrones. En breve se abrirá una instalación similar de £ 4 millones en la Universidad de Leeds, que será única en el Reino Unido y permitirá la colaboración continua con los investigadores de Brookhaven.


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