Aparte de la comprensión profunda del mundo natural que ofrece la teoría de la física cuántica, Los científicos de todo el mundo se esfuerzan por producir una revolución tecnológica aprovechando este nuevo conocimiento en aplicaciones de ingeniería. La espintrónica es un campo emergente que tiene como objetivo superar los límites de la electrónica tradicional mediante el uso del espín de los electrones, que puede verse aproximadamente como su rotación angular, como medio para transmitir información.

Pero el diseño de dispositivos que pueden operar usando espín es extremadamente desafiante y requiere el uso de nuevos materiales en estados exóticos, incluso algunos que los científicos no comprenden completamente y aún no han observado experimentalmente. En un estudio reciente publicado en Comunicaciones de la naturaleza , científicos del Departamento de Física Aplicada de la Universidad de Ciencias de Tokio, Japón, describir un compuesto recién sintetizado con la fórmula KCu ₆ AlBiO ₄ (ASI QUE ₄ ) ₅ Cl que puede ser clave para comprender el escurridizo estado de "líquido de espín cuántico (QSL)". El científico principal, el Dr. Masayoshi Fujihala, explica su motivación:"La observación de un estado de QSL es uno de los objetivos más importantes en la física de la materia condensada, así como el desarrollo de nuevos dispositivos espintrónicos. Sin embargo, el estado de QSL en sistemas bidimensionales (2-D) no se ha observado claramente en materiales reales debido a la presencia de desorden o desviaciones de los modelos ideales ".

¿Qué es el estado líquido de espín cuántico? En materiales antiferromagnéticos por debajo de temperaturas específicas, los giros de los electrones se alinean naturalmente en patrones a gran escala. En materiales en estado QSL, sin embargo, los giros están desordenados de una manera similar a como se desordenan las moléculas en el agua líquida en comparación con el hielo cristalino. Este trastorno surge de un fenómeno estructural llamado frustración, en el que no existe una configuración posible de espines que sea simétrica y energéticamente favorable para todos los electrones. KCu ₆ AlBiO ₄ (ASI QUE ₄ ) ₅ Cl es un compuesto recién sintetizado cuyos átomos de cobre están dispuestos en un patrón 2-D particular conocido como "red de kagome cuadrado (SKL), "un arreglo que se espera que produzca un estado de QSL a través de la frustración. El profesor Setsuo Mitsuda, coautor del estudio, afirma:"La falta de un compuesto modelo para el sistema SKL ha obstaculizado una comprensión más profunda de su estado de giro. Motivado por esto, sintetizamos KCu ₆ AlBiO ₄ (ASI QUE ₄ ) ₅ Cl, el primer antiferromagnet SKL, y demostró la ausencia de ordenamiento magnético a temperaturas extremadamente bajas, un estado QSL ".

Sin embargo, los resultados experimentales obtenidos no se pudieron replicar mediante cálculos teóricos utilizando un estándar "J ₁ -J ₂ -J ₃ Modelo SKL Heisenberg ". Este enfoque considera las interacciones entre cada ión de cobre en la red de cristal y sus vecinos más cercanos. El coautor, el Dr. Katsuhiro Morita, explica:" Para tratar de eliminar la discrepancia, calculamos un modelo SKL considerando las interacciones del vecino más próximo utilizando varios conjuntos de parámetros. Todavía, no pudimos reproducir los resultados experimentales. Por lo tanto, para comprender el experimento correctamente, necesitamos calcular el modelo con más interacciones ".

Este desacuerdo entre el experimento y los cálculos destaca la necesidad de perfeccionar los enfoques teóricos existentes, como concluye el coautor, el profesor Takami Tohyama:"Si bien el antiferromagnet SKL que sintetizamos es un primer candidato para investigar el magnetismo SKL, es posible que tengamos que considerar interacciones de mayor alcance para obtener un líquido de espín cuántico en nuestros modelos. Esto representa un desafío teórico para develar la naturaleza del estado QSL. "Esperemos que los físicos logren abordar este desafío para acercarnos un paso más a la maravillosa promesa de la espintrónica.