Los investigadores han estado empujando las fronteras del mundo cuántico durante más de un siglo. Y una y otra vez spin ha sido una rica fuente de nueva física.

Girar, como masa y carga eléctrica, es una propiedad intrínseca de las partículas cuánticas. Es fundamental para comprender cómo responderán los objetos cuánticos a un campo magnético, y divide todos los objetos cuánticos en dos tipos. Los medio enteros, como el electrón spin-1/2, negarse a compartir el mismo estado cuántico, mientras que los enteros, como el fotón spin-1, no tengo ningún problema para acurrucarnos juntos. Entonces, El giro es fundamental a la hora de profundizar en prácticamente cualquier tema regido por la mecánica cuántica, desde el bosón de Higgs hasta los superconductores.

Sin embargo, después de casi un siglo de desempeñar un papel central en la investigación cuántica, quedan preguntas sobre el giro. Por ejemplo, ¿Por qué todas las partículas elementales que conocemos solo tienen valores de giro de 0, 1/2, o 1? ¿Y qué nuevos comportamientos podrían existir para partículas con valores de espín mayores que 1?

La primera pregunta puede seguir siendo un misterio cósmico, pero hay oportunidades para explorar el segundo. Dentro de un material, el entorno de una partícula puede hacer que se comporte como si tuviera un nuevo valor de giro. En los últimos dos años, Los investigadores han descubierto materiales en los que los electrones se comportan como si su espín hubiera aumentado, de 1/2 a 3/2. El investigador postdoctoral de JQI Igor Boettcher exploró los nuevos comportamientos que estos giros podrían producir en un artículo reciente que aparece en la portada de Physical Review Letters.

En lugar de mirar un material en particular, Boettcher se centró en las matemáticas que describen las interacciones entre electrones de espín-3/2 a bajas temperaturas. Estos electrones pueden interactuar de más formas que sus homólogos de spin-1/2 mundanos, que abre nuevas fases, o comportamientos colectivos, que los investigadores pueden buscar en los experimentos. Boettcher examinó las posibles fases, buscando los que probablemente se mantengan estables a bajas temperaturas. Observó qué fases atan la menor cantidad de energía en las interacciones, ya que a medida que la temperatura desciende, un material se vuelve más estable en la forma que contiene la menor cantidad de energía (como el vapor que se condensa en agua líquida y finalmente se congela en hielo).

Encontró tres fases prometedoras para buscar en los experimentos. ¿Cuál de estas fases, Si alguna, Surgirán en un material particular dependerá de sus propiedades únicas. Todavía, Las predicciones de Boettcher proporcionan a los investigadores señales a las que deben estar atentos durante los experimentos. Si se forma una de las fases, predice que las técnicas de medición comunes revelarán un cambio característico en las propiedades eléctricas.

El trabajo de Boettcher es un paso temprano en la exploración de materiales spin-3/2. Espera que algún día el campo sea comparable al del grafeno, con investigadores en constante carrera para explorar nueva física, producir materiales de mejor calidad, e identificar nuevas propiedades de transporte.

"Realmente espero que esto se convierta en un gran campo, lo que requerirá que tanto los experimentadores como los teóricos hagan su parte para que realmente podamos aprender algo sobre las partículas de espín-3/2 y cómo interactúan ", dice Boettcher." Esto es realmente solo el comienzo en este momento, porque estos materiales simplemente aparecieron ".