En el estado fundamental, los momentos magnéticos son hacia arriba o hacia abajo, los espines antiparalelos al campo magnético externo (rojo) nunca están juntos (derecha). Por excitación, más giros pueden alinearse en antiparalelo y se forman cadenas (giros blancos, izquierda). Crédito:HZB
Hace noventa años el físico Hans Bethe postuló que los patrones inusuales, las llamadas cuerdas Bethe, aparecen en ciertos sólidos magnéticos. Ahora, un equipo internacional ha logrado detectar experimentalmente tales cadenas Bethe por primera vez. Utilizaron experimentos de dispersión de neutrones en varias instalaciones de neutrones, incluido el exclusivo imán de alto campo de BER II en HZB. Los datos experimentales están en excelente acuerdo con la predicción teórica de Bethe, y demostrar una vez más el poder de la física cuántica.
La disposición regular de los átomos en un cristal permite interacciones complejas que pueden conducir a nuevos estados de la materia. Algunos cristales tienen interacciones magnéticas en una sola dimensión, es decir., son magnéticamente unidimensionales. Si, además, sucesivos momentos magnéticos apuntan en direcciones opuestas, el cristal comprende un antiferromagnet unidimensional. Hans Bethe describió teóricamente este sistema por primera vez en 1931, prediciendo también la presencia de excitaciones de cadenas de dos o más momentos consecutivos apuntando en una dirección, las llamadas cuerdas Bethe.
Sin embargo, esos estados de cadena no se pudieron observar en condiciones experimentales normales porque son inestables y están oscurecidos por las otras características del sistema. El truco utilizado en este artículo consiste en aislar las cuerdas aplicando un campo magnético.
Ahora, una cooperación internacional en torno a la física de HZB Bella Lake y su colega Anup Bera pudo identificar y caracterizar experimentalmente las cuerdas Bethe en un sólido real por primera vez. El equipo hizo cristales de SrCo 2 V 2 O 8 , que es un antiferromagnet unidimensional del sistema modelo. Solo los átomos de cobalto tienen momentos magnéticos, todos están alineados en una dirección y los momentos adyacentes se anulan entre sí.
En la fuente de neutrones de Berlín BER II, fue posible investigar la muestra con neutrones bajo campos magnéticos extremadamente altos de hasta 25,9 Tesla. De los datos, los físicos obtuvieron un diagrama de fase de la muestra en función del campo magnético, y también más información sobre los patrones magnéticos internos, lo cual podría compararse con la idea de Bethe que fue cuantificada por un grupo teórico liderado por Jianda Wu.
"Los datos experimentales están en excelente acuerdo con la teoría, ", dice la profesora Bella Lake." Pudimos identificar claramente dos e incluso tres cadenas de cuerdas Bethe y determinar su dependencia energética. Estos resultados nos muestran una vez más lo fantásticamente bien que funciona la física cuántica ".
