Un descubrimiento de físicos de la Universidad de Arkansas puede ayudar a establecer la existencia de líquidos de espín cuántico, un nuevo estado de la materia. Han sido un misterio desde que se teorizaron en la década de 1970. Si se demuestra que existen, los líquidos de espín cuántico serían un paso hacia una computación cuántica de próxima generación mucho más rápida.

El estado se conoce como un “líquido” ya que es un desorden del estado en comparación con un ferromagnético. Sin embargo, a diferencia de otros estados desordenados, un estado cuántico de espín líquido conserva su desorden a temperaturas muy bajas.

Los científicos han centrado su atención e investigación en el llamado líquido de espín tipo Kitaev, nombrado en honor del científico ruso Alexei Kitaev, quien lo propuso por primera vez. En particular, han examinado ampliamente dos materiales, RuCl3 y Na2IrO, como candidatos para este tipo. Ambos tienen pequeños números de espín cuántico.

“Los candidatos tradicionales están bastante limitados a solo estos dos”, dijo Changsong Xu, investigador del Departamento de Física y primer autor de un artículo publicado en la revista Physical Review Letters.

En su trabajo reciente, los físicos de Arkansas han ampliado enormemente el número de materiales que podrían ser candidatos como líquidos de espín cuántico de Kitaev al observar materiales con números de espín cuánticos más altos y al poner materiales bajo tensión física para ajustar sus estados magnéticos. “De repente, nos damos cuenta de que hay docenas de candidatos que podemos proponer”, dijo Xu.

Los líquidos de espín cuántico se definen por su disposición magnética inusual. Los imanes tienen un polo norte y sur, que combinados se llaman dipolos. Estos son típicamente producidos por el espín cuántico de electrones. Dentro de un material magnético, los dipolos tienden a ser paralelos entre sí (ferromagnetismo) o alternar periódicamente su dirección hacia arriba y hacia abajo (antiferromagnetismo).

En el caso de los hipotéticos líquidos de espín cuántico, los dipolos no están tan bien ordenados. En cambio, exhiben un orden inusual a una pequeña distancia el uno del otro. Un orden diferente crea diferentes tipos de líquidos de centrifugado.

Xu, junto con el distinguido profesor de física Laurent Bellaiche y sus colegas en China y Japón, utilizaron modelos computacionales para predecir un estado líquido de espín cuántico de Kitaev en materiales como el yoduro de cromo y el telururo de cromo germanio. El trabajo brindará a los investigadores muchos más materiales para estudiar en una búsqueda para probar la existencia de líquidos de espín cuántico, dijo Xu.

Fuente: EP