Es muy difícil tomar una foto de un colibrí batiendo sus alas 50 veces por segundo. El tiempo de exposición debe ser mucho más corto que la escala de tiempo característica del batir de alas, de lo contrario, solo verá un desenfoque de colores. Se encuentra un problema similar en la física del estado sólido, donde el objetivo es determinar las propiedades magnéticas de un material. El momento magnético en un lugar determinado puede cambiar muy rápidamente. Por lo tanto, los investigadores necesitan métodos de medición que sean lo suficientemente rápidos para resolver estas fluctuaciones. Con esta idea básica en mente, científicos de TU Wien (Viena), en colaboración con grupos de investigación de Würzburg (Alemania), ahora ha logrado resolver un rompecabezas de la física del estado sólido.

Magnetismo y superconductividad

"Si quieres entender un material, tienes que entender sus propiedades magnéticas, ", dice el profesor Alessandro Toschi del Instituto de Física del Estado Sólido de TU Wien." No solo nos dicen cómo reacciona el material a los campos magnéticos, también están estrechamente relacionados con otras propiedades del material, por ejemplo, su comportamiento eléctrico. ”Las propiedades de los materiales magnéticos juegan un papel particularmente importante en la búsqueda de superconductores de alta temperatura.

Sin embargo, Los investigadores encontraron repetidamente que diferentes medidas del magnetismo de ciertos materiales conducen a resultados diferentes. "A veces no se obtuvieron resultados significativos, A veces, diferentes métodos de medición llevaron a datos contradictorios, "dice Clemens Watzenböck (Instituto de Física del Estado Sólido, TU Viena). "Ahora pudimos resolver este misterio con cálculos puramente teóricos".

La movilidad de los electrones

El equipo de Viena y Würzburg pudo demostrar que la movilidad de los electrones en el material determina qué métodos se pueden utilizar para medir las propiedades magnéticas. "El giro de los electrones en el material causa un momento magnético que fluctúa de manera bastante espontánea. Estas fluctuaciones magnéticas son causadas por el movimiento natural de los electrones. Por lo tanto, el momento magnético también se puede cancelar muy rápidamente por el movimiento de los electrones, "dice Toschi." Cuanto más rápido se muevan los electrones dentro del material, cuanto más rápido pueden ocultar la ocurrencia de un momento magnético ".

Esto significa que si hay un proceso en el material que ralentiza los electrones, por ejemplo, una fuerte dispersión con otros electrones o con los átomos vibrantes del material, de modo que ya no pueden moverse muy rápido en el cristal; entonces, el momento magnético correspondiente permanece medible durante mucho más tiempo.

"Hemos desarrollado un método que nos permite averiguar, a través de análisis teóricos refinados y simulaciones numéricas, en qué escala de tiempo típica se protegen los momentos magnéticos en un material en particular, "explica Watzenböck. El momento magnético solo se puede medir si tiene un método de medición que produce un resultado en una escala de tiempo más corta. Si la medición toma más tiempo, Solo obtiene un resultado promedio borroso, similar a cuando fotografía un colibrí con un tiempo de exposición prolongado.

Superconductores de hierro

El equipo de investigación pudo aplicar este enfoque a la clase de material particularmente importante de los superconductores a base de hierro. "Pudimos demostrar que la escala de tiempo característica de las fluctuaciones magnéticas en estos superconductores difiere en un orden de magnitud según el material:varía de aproximadamente 3 femtosegundos a aproximadamente 30 femtosegundos, "informa Clemens Watzenböck.

Esto explica por qué los resultados de los experimentos de neutrones inelásticos son fáciles de interpretar para algunos materiales y no para otros:la escala de tiempo de tales experimentos de neutrones es de unos 10 femtosegundos. Lo suficientemente corto para algunos materiales, pero demasiado largo para los demás. Si, por otra parte, se utilizan otros métodos de medición, como la espectroscopia de rayos X, que opera en una escala de tiempo más corta, el momento magnético de todos estos materiales debe permanecer claramente visible.

El método recientemente desarrollado para calcular las escalas de tiempo características de los materiales se puede aplicar no solo a las propiedades magnéticas sino también a otras propiedades importantes de los materiales. "Suponemos que nuestro nuevo método será muy útil en el futuro para planificar e interpretar correctamente una amplia variedad de experimentos espectroscópicos, "dice Alessandro Toschi, "Todavía hay muchas preguntas abiertas en este campo; con nuestro método ahora queremos comprender mejor la física de los materiales conocidos e incluso facilitar la búsqueda de nuevos, mejores materiales, como superconductores con altas temperaturas críticas ".