Un equipo de investigación internacional liderado por la Universidad de Liverpool y la Universidad McMaster ha logrado un gran avance en la búsqueda de nuevos estados de la materia.

En un estudio publicado en la revista Nature Physics, los investigadores muestran que el óxido metálico relacionado con la perovskita, TbInO3, muestra un estado de líquido cuántico de espín, un estado de la materia largamente buscado e inusual.

Utilizando tecnologías experimentales de vanguardia, como la dispersión inelástica de neutrones y la espectroscopia de muones, los investigadores descubrieron que el estado cuántico exótico en TbInO3 surge de la complejidad del entorno local alrededor de los iones magnéticos en el material, en este caso, el terbio, un metal poco común del grupo de tierras raras.

El descubrimiento fue una sorpresa para el equipo, ya que TbInO3 es un material que no se espera que muestre un comportamiento magnético tan inusual basado en su estructura de cristal.

El estado líquido de espín cuántico fue propuesto teóricamente hace más de cuarenta años por el premio Nobel Philip Anderson. En los líquidos de espín cuántico, los momentos magnéticos se comportan como un líquido y no se congelan ni se ordenan, incluso en el cero absoluto, dando lugar a varias propiedades extraordinarias de los materiales.

La materialización de los líquidos de espín cuántico todavía está muy disputada. Como tal, el descubrimiento y la exploración de nuevos materiales que pueden albergar este estado de la materia son áreas activas de investigación avanzada de materiales y tienen aplicaciones potenciales en el desarrollo de la computación cuántica.

Lucy Clark, de la Fábrica de Innovación de Materiales de la Universidad que dirige un programa de investigación de materiales cuánticos, dijo en un comunicado: «Nos ha llevado varios años de arduo trabajo y experimentos para llegar a este punto en nuestra comprensión de TbInO3».

«Al estudiar estados cuánticos intrincados de la materia como el líquido de espín cuántico, realizar un experimento a menudo plantea más preguntas de las que puede responder. Sin embargo, en el caso de TbInO3, la física es particularmente rica, por lo que fuimos especialmente motivados a perseverar. Nuestro estudio muestra que TbInO3 es un material magnético fascinante, y uno que probablemente tenga muchas más propiedades interesantes que aún no hemos descubierto».

«Nada de este trabajo hubiera sido posible sin la colaboración de nuestros colegas en las instalaciones centrales líderes en el mundo en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge e ISIS en el Laboratorio de Rutherford Appleton, donde se realizó una gran parte de nuestros experimentos. Estas instalaciones producen partículas, en particular neutrones y muones, que podemos utilizar para probar la estructura atómica y las propiedades de los materiales para revelar la naturaleza de las nuevas fases, como el líquido de espín cuántico «.

El profesor Bruce Gaulin, director del Instituto Brockhouse para la Investigación de Materiales en la Universidad de McMaster, dijo: «Este material parece aparentemente simple, con espines de terbio que decoran una arquitectura triangular bidimensional. Pero con el complemento completo de las modernas técnicas experimentales a nuestra disposición, el magnetismo a baja temperatura de esta estructura, basado en dos entornos distintos de terbio, exhibe un estado de materia cuántica y desordenada totalmente exótico: un resultado inesperado y emocionante».

Fuente: europapress.es