La magnetita es el material magnético más antiguo conocido por los humanos. sin embargo, los investigadores todavía están desconcertados por ciertos aspectos de sus propiedades.

Por ejemplo, cuando la temperatura desciende por debajo de 125 kelvin, la magnetita cambia de un metal a un aislante, sus átomos cambian a una nueva estructura reticular, y sus cargas forman un patrón ordenado complicado. Esta transformación de fase extraordinariamente compleja, que fue descubierto en la década de 1940 y se conoce como la transición de Verwey, fue la primera transición de metal-aislante jamás observada. Por décadas, los investigadores no han entendido exactamente cómo estaba sucediendo esta transformación de fase.

Según un artículo publicado el 9 de marzo en Física de la naturaleza , un equipo internacional de investigadores experimentales y teóricos descubrió huellas dactilares de las cuasipartículas que impulsan la transición de Verwey en magnetita. Usando un pulso láser ultracorto, los investigadores pudieron confirmar la existencia de ondas electrónicas peculiares que se congelan a la temperatura de transición y comienzan a "bailar juntas" en un movimiento oscilante colectivo a medida que baja la temperatura.

"Estábamos investigando el mecanismo detrás de la transición de Verwey y de repente encontramos ondas anómalas que se congelan a la temperatura de transición", dijo Edoardo Baldini, postdoctorado en física del MIT. uno de los autores principales del artículo. "Son ondas hechas de electrones que desplazan los átomos circundantes y se mueven colectivamente como fluctuaciones en el espacio y el tiempo".

Este descubrimiento es significativo porque nunca se habían encontrado ondas congeladas de ningún tipo en la magnetita. "Entendimos de inmediato que se trataba de objetos interesantes que conspiran para desencadenar esta transición de fase muy compleja, "dice Carina Belvin, estudiante de doctorado en física del MIT, el otro autor principal del artículo.

Estos objetos que forman el orden de carga de baja temperatura en la magnetita son "trimerones, "bloques de construcción de tres átomos". Al realizar un análisis teórico avanzado, pudimos determinar que las ondas que observamos corresponden a los trimerones que se deslizan hacia adelante y hacia atrás, "explica Belvin.

"La comprensión de los materiales cuánticos como la magnetita está todavía en su infancia debido a la naturaleza extremadamente compleja de las interacciones que crean fases exóticas ordenadas, "añade Baldini.

Los investigadores sugieren que la mayor importancia de este hallazgo afectará el campo de la física fundamental de la materia condensada, avanzando en la comprensión de un rompecabezas conceptual que ha estado abierto desde principios de la década de 1940. Este trabajo, dirigido por el profesor de física del MIT Nuh Gedik, fue posible gracias al uso de "espectroscopía ultrarrápida de terahercios, "un aparato láser avanzado basado en pulsos ultracortos en el infrarrojo extremo. Gedik dice, "Estos pulsos de láser son tan cortos como una millonésima de una millonésima de segundo y nos permiten tomar fotografías rápidas del mundo microscópico. Nuestro objetivo ahora es aplicar este enfoque para descubrir nuevas clases de ondas colectivas en otros materiales cuánticos".

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.