Los patinadores artísticos olímpicos y los electrones tienen mucho en común. En las competiciones de patinaje artístico, el segmento de "patinaje libre" le da al patinador la flexibilidad de viajar en cualquier patrón que elija alrededor de la pista. Similar, en metales, los electrones en los orbitales externos pueden vagar con bastante libertad.

Sin embargo, cuando el campo magnético aumenta drásticamente, Los investigadores han descubierto que el movimiento de estos electrones se vuelve mucho más limitado. Su comportamiento parece el de los patinadores artísticos que completan giros cerrados y saltos obligatorios.

En un nuevo estudio del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE), los investigadores utilizaron campos magnéticos extremadamente altos, equivalentes a los que se encuentran en el centro de las estrellas de neutrones, para alterar el comportamiento electrónico. Al observar el cambio en el comportamiento de estos electrones, los científicos pueden obtener una comprensión más profunda del comportamiento material.

"Las reglas del juego cambian cuando aplicamos un campo magnético de esta intensidad, "dijo el científico de materiales de Argonne Anand Bhattacharya, quien dirigió la investigación. "La naturaleza de este nuevo estado que vemos se ha debatido teóricamente durante más de medio siglo, pero los experimentos para medir sus propiedades han sido difíciles de conseguir ".

Para crear el campo magnético muy alto necesario, Bhattacharya utilizó las instalaciones del Laboratorio Nacional de Alto Campo Magnético en Tallahassee, Florida. Allí, con su colega Alexey Suslov, examinó cristales de titanato de estroncio, similar al diamante sintético, que tiene la propiedad inusual de permitir que la electricidad fluya incluso cuando los electrones son extremadamente escasos y de movimiento lento.

El movimiento lento de los electrones dentro del cristal los hace particularmente susceptibles a las fuerzas magnéticas. Los investigadores observaron que las propiedades cuánticas de los electrones cambiaron drásticamente cuando los cristales se sometieron a campos magnéticos elevados y se enfriaron a unas pocas centésimas de grado por encima del cero absoluto.

El ex investigador postdoctoral de Argonne Brian Skinner (ahora en el MIT) y el ex investigador postdoctoral de los Institutos Nacionales de Estándares y Tecnología Guru Khalsa (ahora en Cornell) proporcionaron las ideas teóricas que ayudaron a los investigadores a comprender sus resultados. Propusieron que en campos magnéticos muy altos, los electrones forman "charcos" espacialmente no homogéneos, un hallazgo sorprendente que fue apoyado por aspectos clave de los datos.

Aunque Bhattacharya duda en identificar nuevas tecnologías que podrían crearse para aprovechar este nuevo régimen material, Dijo que el resultado es alentador para los científicos que buscan desarrollar una comprensión más completa de las propiedades inusuales de ciertos materiales.

"Cuando empujamos los límites a los que podemos llevar electrones, emerge nueva física, ", Dijo Bhattacharya." Si piensas en nuestra comprensión de los electrones, entendemos los metales, donde los electrones se mueven libremente, y también entendemos el comportamiento de electrones altamente localizados. Pero si puedes abrir la puerta a esas regiones intermedias, puedes hacer nuevos descubrimientos ".