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    Los investigadores controlan las elusivas fluctuaciones de giro en los imanes 2-D

    Crédito:CC0 Public Domain

    Como Bigfoot y el monstruo del lago Ness, Las fluctuaciones críticas de giro en un sistema magnético no se han capturado en la película. A diferencia de las legendarias criaturas, estas fluctuaciones, que son patrones de espín de electrones altamente correlacionados, realmente existen, pero son demasiado aleatorios y turbulentos para ser vistos en tiempo real.

    Un equipo de Cornell desarrolló una nueva técnica de imágenes que es lo suficientemente rápida y sensible como para observar estas elusivas fluctuaciones críticas en imanes bidimensionales. Esta imagen en tiempo real permite a los investigadores controlar las fluctuaciones y cambiar el magnetismo a través de un mecanismo "pasivo" que eventualmente podría conducir a dispositivos de almacenamiento magnético más eficientes desde el punto de vista energético.

    Colaboración radical

    El papel del equipo, "Imágenes y control de fluctuaciones críticas en imanes bidimensionales, "publicado el 8 de junio en Materiales de la naturaleza .

    Los coautores principales del artículo son Kin Fai Mak, profesor asociado de física en la Facultad de Artes y Ciencias, y Jie Shan, profesor de física aplicada e ingeniería en la Facultad de Ingeniería. Ambos investigadores son miembros del Instituto Kavli de Cornell para la ciencia a nanoescala, y llegaron a Cornell a través de la iniciativa de ingeniería de microsistemas y ciencia a nanoescala (NEXT Nano) del rector. Su laboratorio compartido se especializa en la física de materiales cuánticos atómicamente delgados.

    Las fluctuaciones de magnetización se consideran "críticas" cuando ocurren cerca del punto crítico termodinámico, que es el momento en que una forma de materia pasa a una nueva fase, dando lugar a todo tipo de fenómenos inusuales. Un ejemplo típico es el hierro, que pierde sus propiedades magnéticas cuando se calienta a temperaturas extremas.

    En esta región crítica, o régimen, las fluctuaciones dejan de comportarse de forma aleatoria y, en cambio, se vuelven altamente correlacionadas.

    "Si imagina que todas las moléculas de aire están correlacionadas, se mueven juntos en una escala de longitud muy grande como el viento, "dijo Chenhao Jin, becario postdoctoral del Instituto Kavli y autor principal del artículo. "Eso es lo que sucede cuando la fluctuación se correlaciona. Puede producir efectos dramáticos en un sistema y en cualquier escala porque la correlación, en principio, puede ir al infinito. La fluctuación que estamos viendo aquí es el giro, o momento magnético, fluctuaciones ".

    Estas fluctuaciones críticas de magnetización son difíciles de ver porque cambian constantemente y ocurren en un rango de temperatura muy estrecho.

    "Los físicos han estudiado la transición de fase magnética durante muchas décadas, y sabemos que este fenómeno se observa más fácilmente en un sistema bidimensional, "Dijo Mak." ¿Qué es más bidimensional que un imán que tiene sólo una capa de átomos? "

    Observar una señal de una sola capa atómica todavía presenta muchos desafíos. Los investigadores utilizaron un aislante ferromagnético de una sola capa, bromuro de cromo, que como sistema bidimensional presenta un régimen crítico más amplio y fluctuaciones más fuertes. Para ver estas fluctuaciones en tiempo real, los investigadores necesitaban un método que fuera igualmente rápido, con una alta resolución espacial y una amplia capacidad de imágenes de campo.

    El equipo pudo cumplir con esos criterios utilizando luz con un estado de polarización muy puro para sondear la monocapa y registrar una señal limpia del momento magnético, que es la fuerza y ​​la orientación del imán, mientras realiza sus fluctuaciones espontáneas.

    La capacidad de capturar este fenómeno en tiempo real significa que los investigadores pueden controlar las fluctuaciones críticas en el imán simplemente aplicando un pequeño voltaje y dejando que las fluctuaciones cambien de un estado a otro. Una vez que se ha alcanzado el estado o valor objetivo, el voltaje se puede apagar. No se necesita ningún campo magnético para controlar las fluctuaciones porque esencialmente se conducen por sí mismas. Esto podría conducir potencialmente a la creación de dispositivos de almacenamiento magnético que consuman mucha menos energía.

    "Es un concepto fundamentalmente diferente del cambio de estado magnético activo, porque es totalmente pasivo, "Dijo Mak." Es un cambio basado en la información obtenida de las mediciones, en lugar de impulsar activamente el sistema. Por lo tanto, es un nuevo concepto que potencialmente podría ahorrar mucha energía ".


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