Estados magnéticos exóticos en dimensiones miniaturizadas
Cadenas magnéticas unidimensionales ensambladas a partir de moléculas
Empa
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Todos estamos acostumbrados a la idea de que las unidades más simples de la naturaleza interactúan para formar estructuras complejas. Tomemos, por ejemplo, la jerarquía de la vida, en la que los átomos se combinan para formar moléculas, las moléculas se combinan para formar células, las células se combinan para formar tejidos, y así sucesivamente, hasta llegar a la formación de organismos complejos como los humanos. En el mundo cuántico, sin embargo, este proceso puede desarrollarse a la inversa, donde las interacciones entre dos objetos complejos conducen a la aparición de especies más simples.
Magia cuántica: aserrar imanes cuánticos por la mitad
Todas las partículas elementales tienen un "espín", una propiedad fundamental que rige su interacción con los campos magnéticos. Los espines están cuantizados, lo que significa que sólo pueden asumir valores discretos. Los electrones tienen el espín más pequeño posible, que puede tomar dos valores discretos, mientras que los siguientes sistemas más sencillos son aquellos cuyo espín toma tres valores discretos, denominados espín ½ y espín 1, respectivamente. En la década de 1980, se predijo que una cadena unidimensional de unidades de espín 1 que interactuasen debería estar "fraccionada", de manera que las unidades terminales de la cadena se comportasen, en contra de la intuición, como objetos de espín ½. Por lo tanto, al igual que los magos que parecen ver a una persona en dos mitades y separarlas, las correlaciones cuánticas en la cadena dividen un espín 1 en dos entidades de espín ½.
Cadenas magnéticas unidimensionales ensambladas a partir de moléculas
Poner a prueba esta predicción en un laboratorio ha sido un reto por varias razones, la principal de las cuales es que los materiales convencionales no son unidimensionales. Aunque se han observado pruebas indirectas de fraccionamiento de espín en cristales de cadenas organometálicas que contienen iones de metales de transición, la observación directa del fenómeno ha seguido siendo difícil.
Ahora, un equipo internacional de investigadores ha encontrado una vía extraordinaria para lograr esta hazaña. Combinando la química orgánica y la ciencia de superficies en ultravacío, el equipo fabricó cadenas de un hidrocarburo aromático policíclico triangular con espín 1, conocido como trianguleno. Mediante un microscopio de barrido en túnel, el equipo analizó las excitaciones magnéticas de estas cadenas de espín en una superficie de oro. Descubrieron que, a partir de cierta longitud, las unidades terminales de trianguleno de las cadenas presentaban resonancias Kondo, que son una huella espectroscópica característica de los objetos cuánticos de espín ½ en contacto con una superficie metálica.
¿De las cadenas a las redes y a los ordenadores cuánticos?
Los investigadores están convencidos de que los sistemas moleculares de espín de fácil y directa accesibilidad que presentan un comportamiento fuertemente correlacionado de los electrones se convertirán en un terreno de juego fértil para desarrollar y probar nuevos conceptos teóricos. Además de explorar las cadenas de espín lineales, los científicos también se centran en las redes bidimensionales de imanes cuánticos. Estas redes de espín son una plataforma material prometedora para la computación cuántica.
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