Todo irradia. Ya sea la puerta de un auto, un par de zapatos o la tapa de un libro, cualquier cosa más caliente que el cero absoluto (es decir, prácticamente todo) está arrojando radiación constantemente en forma de fotones, las partículas cuánticas de luz.

También suele estar presente un proceso gemelo, la absorción. Como los fotones se llevan la energía, los transeúntes del entorno pueden ser absorbidos para reponerlo. Cuando la absorción y la emisión ocurren a la misma velocidad, los científicos dicen que un objeto está en equilibrio con su entorno. Esto a menudo significa que el objeto y el entorno comparten la misma temperatura.

Lejos del equilibrio pueden surgir nuevos comportamientos. En un artículo publicado el 1 de agosto, 2019 como sugerencia de los editores en la revista Cartas de revisión física , Los científicos de JQI y de la Universidad Estatal de Michigan sugieren que ciertos materiales pueden experimentar una fuerza de torsión espontánea si están más calientes que su entorno.

"El hecho de que un material pueda sentir un par debido a una diferencia de temperatura con el medio ambiente es muy inusual, "dice el autor principal Mohammad Maghrebi, ex investigador postdoctoral de JQI que ahora es profesor asistente en la Universidad Estatal de Michigan.

El efecto, que aún no se ha observado en un experimento, Se prevé que surja en una delgada cinta de un material llamado aislante topológico (TI), algo que permite que la corriente eléctrica fluya en su superficie pero no a través de sus entrañas.

En este caso, los investigadores hicieron dos suposiciones adicionales sobre la TI. Una es que hace más calor que su entorno. Y otra es que el TI tiene algunas impurezas magnéticas que afectan el comportamiento de los electrones en su superficie.

Estas impurezas magnéticas interactúan con una propiedad cuántica de los electrones llamada espín. Spin es parte del carácter básico de un electrón, muy parecido a la carga eléctrica, y describe el momento angular intrínseco de la partícula:la tendencia de un objeto a seguir girando. Fotones, también, puede llevar momento angular.

Aunque los electrones no rotan físicamente, todavía pueden ganar y perder momento angular, aunque solo en trozos discretos. Cada electrón tiene dos valores de espín, hacia arriba y hacia abajo, y las impurezas magnéticas aseguran que un valor tenga una energía más alta que el otro. En presencia de estas impurezas, los electrones pueden cambiar su giro de arriba a abajo y viceversa emitiendo o absorbiendo un fotón que transporta la cantidad correcta de energía y momento angular.

Maghrebi y dos colegas, Los becarios de JQI Jay Deep Sau y Alexey Gorshkov, mostró que la radiación que emana de este tipo de TI lleva un momento angular sesgado en una dirección de rotación, como un sacacorchos que gira en el sentido de las agujas del reloj. El material se queda con un déficit de momento angular, haciendo que sienta un par en la dirección opuesta (en este ejemplo, en sentido anti-horario).

Los autores dicen que los TI son ideales para detectar este efecto porque albergan el tipo correcto de interacción entre los electrones y la luz. Los TI ya vinculan el espín del electrón con la cantidad de movimiento de su movimiento, y es a través de este movimiento que los electrones en el material normalmente absorben y emiten luz.

Si un electrón en la superficie de este tipo particular de TI comienza con su espín apuntando hacia arriba, puede arrojar energía y momento angular cambiando su giro de arriba hacia abajo y emitiendo un fotón. Dado que la TI es más caliente que su entorno, los electrones pasarán de arriba a abajo con más frecuencia que a la inversa. Eso es porque el ambiente tiene una temperatura más baja y carece de energía para reemplazar la radiación proveniente del TI. El resultado de este desequilibrio es un par en la muestra delgada de TI, impulsado por la emisión aleatoria de radiación.

Los experimentos futuros podrían observar el efecto de una de dos maneras, dicen los autores. El método más probable es indirecto, requiriendo que los experimentadores calienten un TI pasando una corriente a través de él y recolectando la luz emitida. Midiendo el momento angular promedio de la radiación, un experimento podría detectar la asimetría y confirmar una consecuencia de la nueva predicción.

Una observación más directa, y probablemente más difícil, implicaría medir el par de torsión en la película delgada buscando rotaciones minúsculas. Maghrebi dice que ha planteado la idea a varios experimentadores. "No les horrorizó tener que medir algo como un torque, pero, al mismo tiempo, Creo que realmente depende de la configuración ", dice." Ciertamente no parecía que fuera imposible ".