Crédito:Universidad de Liverpool
Un equipo de investigación internacional dirigido por la Universidad de Liverpool y la Universidad McMaster ha logrado un avance significativo en la búsqueda de nuevos estados de la materia.
En un estudio publicado en la revista Física de la naturaleza , Los investigadores muestran que el óxido metálico relacionado con la perovskita, TbInO 3 , exhibe un estado líquido de espín cuántico, un estado de la materia inusual y buscado durante mucho tiempo.
Utilizando tecnologías experimentales de vanguardia, incluida la dispersión de neutrones inelástica y la espectroscopia de muones, Los investigadores descubrieron que el estado cuántico exótico en TbInO 3 surge de la complejidad del entorno local alrededor de los iones magnéticos en el material, en este caso, del elemento terbio de las tierras raras.
El descubrimiento fue una sorpresa para el equipo como TbInO 3 es un material que no se espera que muestre un comportamiento magnético tan inusual en función de su estructura cristalina.
El estado líquido de espín cuántico fue propuesto teóricamente hace más de cuarenta años por el premio Nobel Philip Anderson. En líquidos de espín cuántico, los momentos magnéticos se comportan como un líquido y no se congelan ni ordenan incluso en el cero absoluto, dando lugar a varias propiedades extraordinarias de los materiales.
La materialización de los líquidos de espín cuántico todavía es objeto de una amplia controversia. Como tal, el descubrimiento y la exploración de nuevos materiales que puedan albergar este estado de la materia son áreas activas de investigación de materiales avanzados y tienen aplicaciones potenciales en el desarrollo de la computación cuántica.
Dra. Lucy Clark, de la Fábrica de Innovación de Materiales de la Universidad que dirige un programa de investigación de materiales cuánticos, dijo:"Nos ha llevado varios años de arduo trabajo y experimentos llegar a este punto en nuestra comprensión de TbInO 3 . "
"Al estudiar complejos estados cuánticos de la materia como el líquido de espín cuántico, la realización de un experimento a menudo plantea más preguntas de las que puede responder. En el caso de TbInO 3 , sin embargo, la física es particularmente rica, y por eso fuimos especialmente impulsados a perseverar. Nuestro estudio muestra que TbInO 3 es un material magnético fascinante, y es muy probable que tenga muchas más propiedades intrigantes que aún no hemos descubierto ".
"Nada de este trabajo hubiera sido posible sin la colaboración de nuestros colegas en las instalaciones centrales líderes en el mundo en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge y las Instalaciones de ISIS en el Laboratorio de Rutherford Appleton, donde se llevó a cabo una gran parte de nuestros experimentos. Ambas instalaciones producen partículas, en particular, neutrones y muones, que podemos usar para sondear la estructura atómica y las propiedades de los materiales para revelar la naturaleza de nuevas fases, como el líquido de espín cuántico ".
Profesor Bruce Gaulin, Director del Instituto Brockhouse de Investigación de Materiales de la Universidad McMaster, dijo:"Este material parece engañosamente simple, con giros de terbio decorando un bidimensional, arquitectura triangular. Pero con el complemento completo de técnicas experimentales modernas a nuestra disposición, el magnetismo a baja temperatura de esta estructura, basado en dos entornos de terbio distintos, exhibe un estado de materia desordenado cuántico completamente exótico, un resultado inesperado y emocionante ".
La Dra. Lucy Clark agregó:"La clave del éxito del proyecto fue la sólida y duradera colaboración internacional, incluido el grupo dirigido por el profesor Sang-Wook Cheong, Director del Centro de Síntesis de Materiales Cuánticos de la Universidad de Rutgers ".
El papel, "Comportamiento líquido de espín bidimensional en el antiferromagnet triangular-panal TbInO 3 "se publica en Física de la naturaleza .
