Los investigadores Kazuaki Takasan y Kyogo Kawaguchi de la Universidad de Tokio con Kyosuke Adachi de RIKEN, Japón, han demostrado que el ferromagnetismo, un estado ordenado de los átomos, puede inducirse aumentando la motilidad de las partículas y que las fuerzas repulsivas entre los átomos son suficientes para mantenerlo. /P>
El descubrimiento no sólo amplía el concepto de materia activa a los sistemas cuánticos, sino que también contribuye al desarrollo de nuevas tecnologías que se basan en las propiedades magnéticas de las partículas, como la memoria magnética y la computación cuántica. Los hallazgos fueron publicados en la revista Physical Review Research. .
Bandadas de pájaros, enjambres de bacterias, flujos celulares. Todos estos son ejemplos de materia activa, un estado en el que agentes individuales, como pájaros, bacterias o células, se autoorganizan. Los agentes cambian de un estado desordenado a uno ordenado en lo que se llama una "transición de fase". Como resultado, se mueven juntos de forma organizada sin un controlador externo.
"Estudios anteriores han demostrado que el concepto de materia activa puede aplicarse a una amplia gama de escalas, desde nanómetros (biomoléculas) hasta metros (animales)", afirma Takasan, el primer autor. "Sin embargo, no se sabía si la física de la materia activa se puede aplicar de forma útil en el régimen cuántico. Queríamos llenar ese vacío."
Para llenar este vacío, los investigadores necesitaban demostrar un posible mecanismo que pudiera inducir y mantener un estado ordenado en un sistema cuántico. Fue un trabajo colaborativo entre la física y la biofísica. Los investigadores se inspiraron en el fenómeno de las bandadas de pájaros porque, debido a la actividad de cada agente, el estado ordenado se alcanza más fácilmente que en otros tipos de materia activa.
Crearon un modelo teórico en el que los átomos esencialmente imitaban el comportamiento de las aves. En este modelo, cuando aumentaron la motilidad de los átomos, las fuerzas repulsivas entre los átomos los reordenaron en un estado ordenado llamado ferromagnetismo. En el estado ferromagnético, los espines, el momento angular de las partículas subatómicas y los núcleos, se alinean en una dirección, al igual que las bandadas de pájaros miran en la misma dirección mientras vuelan.
"Al principio fue sorprendente descubrir que el ordenamiento puede aparecer sin interacciones elaboradas entre los agentes en el modelo cuántico", reflexiona Takasan sobre el hallazgo. "Era diferente de lo que se esperaba basándose en los modelos biofísicos."
El investigador adoptó un enfoque multifacético para garantizar que su hallazgo no fuera una casualidad. Afortunadamente, los resultados de las simulaciones por computadora, la teoría del campo medio, una teoría estadística de partículas y las pruebas matemáticas basadas en álgebra lineal fueron todos consistentes. Esto reforzó la fiabilidad de su hallazgo, el primer paso de una nueva línea de investigación.
"La extensión de la materia activa al mundo cuántico acaba de comenzar y aún quedan muchos aspectos abiertos", afirma Takasan. "Nos gustaría seguir desarrollando la teoría de la materia activa cuántica y revelar sus propiedades universales."
Más información: Ferromagnetismo inducido por actividad en sistemas cuánticos unidimensionales de muchos cuerpos, Physical Review Research (2024). dx.doi.org/10.1103/PhysRevResearch.6.023096
En arXiv :DOI:10.48550/arxiv.2308.04382
Información de la revista: Investigación de revisión física , arXiv
Proporcionado por la Universidad de Tokio
