La recerca dels 'spin liquids'

Karim Essafi, Owen Benton i Ludovic Jaubert son investigadors post-doctorals en la Teoria de la Dependència de matèria quàntica a l'Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) estan fent una recerca per esbrinar el que es pugui sobre els estats inusuals de la matèria, els anomenats spin liquids i si aquests podrien generar avenços en el camp de la física. Els resultats podrien conduir al desenvolupament de la computació quàntica, que requereixen una exploració de nous materials per esdevenir una realitat.

Un component important dels spin líquids, és el moviment de rotació de petits imants portats per alguns àtoms, també anomenats girs. Quan milers de milions d'aquests petits imants en un material estan ben alineats entre si, creen una força electromagnètica, aquesta força és la responsable d'explicar com els imants s'adhereixen a una nevera.

Encara que la paraula imant implica que un material tindrà una força electromagnètica, no tots els imants poden produir aquesta força. No obstant això, a mesura que es refredin, els imants tendeixen a formar patrons, en diversos graus de complexitat, però gairebé sempre en una forma ordenada.

Els spin liquids són un fenomen poc comú que passa quan els imants dins dels àtoms d'un sòlid no s'ordenen quan es refreden, és a dir que no presenten el mateix estat estructurat en forma de sòlids normals a temperatures molt baixes. En canvi, els imants a l'interior d'aquests sòlids segueixen tenint el moviment, de la mateixa manera que un líquid normal. En un material ordinari com l'aigua, l'estat de la substància es torna molt desorganitzat a una temperatura elevada en forma de gas, però guanya més d'un patró que la temperatura disminueix fins que es converteix en gel - un sòlid ordenat - a baixes temperatures.

Un pas per aprendre més sobre els spin liquids és crear mapes que els classifiquen i ajuden a comprendre el que està hi està succeint. L'equip d'investigadors ha publicat recentment un article a la revista Nature Communications, dibuixant un mapa de spin liquids que mostra una imatge global sobre líquids de filatura. Aquesta es refereix a l'estructura reticular dels materials que l'equip va estudiar.
Ells mostren que és possible mapejar un spin liquids més estudiat, en dos models diferents i majoritàriament sense explorar, o en altres paraules, altres tipus potencials de materials. Els models no explorats, són les imatges especulars no coincidents. Això demostra que els altres dos models són també spin liquids, però amb noves propietats magnètiques interessants.

Per tant, podria ser possible trobar spin líquids de nous materials corresponents a aquests dos nous models. La investigació del grup suggereix que és molt prometedor per continuar la recerca de spin líquids en aquests models, i en particular a la recerca dels materials corresponents spin líquids, on es poden trobar. En trobar les similituds que existeixen entre els models, l'equip creu que això podria ser un pas en la recerca de patrons similars entre les diferents branques de la física.


Font: PHYS.Org