Científicos descubrieron un nuevo estado de la materia

Si recordamos nuestros años de colegio, los profesores repetían: hay tres estados de la materia, sólido, líquido y gaseoso. Sin embargo, desde hace varias décadas muchos científicos se han dedicado a demostrar que hay muchos más que estos tres. Recientemente se agregó el plasma, como el cuarto estado. Y un grupo de científicos está trabajando para demostrar la existencia de los ‘supersólidos’.

Sin embargo hoy un nuevo estado fue anunciado por un grupo de científicos de la Universidad de Cambridge. Los programas de ciencias tendrán que agregar otro estado misterioso recién descubierto llamado ‘líquido de spin cuántico’, según informó Science Daily.

Este estado fue predicho hace 40 años, pero solo hasta ahora los científicos pudieron encontrarlo en materiales reales en 2D. El doctor Johannes Knolle, uno de los coautores del reporte, explicó que este nuevo estado de la materia no es nuevo en las teorías científicas, pero que nunca se había visto.

El ‘líquido de spin cuántico hace que los electrones se partan en pedazos. Los electrones hacen parte de los átomos y desde hace muchas décadas se creía que eran indivisibles. Según el nuevo reporte los ‘líquidos de spin cuántico’ son estados que posiblemente se ocultan en ciertos materiales magnéticos, pero aún no se han observado concretamente en la naturaleza.

Los investigadores de este descubrimiento compararon las muestras de partículas fraccionadas (llamadas ‘Majorana fermions’) con materiales en 2D que tienen una estructura similar al grafeno (un material de carbón parecido al grafito). En esas comparaciones encontraron que una de las pruebas demostraba el modelo teórico ‘Kitaev’ del ‘líquido de spin cuántico’.

Una de las propiedades de este nuevo estado es una muy buena noticia para la ciencia. Se trata de fraccionamiento de los electrones. Esta característica podría ser usada para construir bloques de computadores cuánticos, los cuales se usan en instituciones como la Nasa para resolver problemas y cálculos complejos de una forma más eficiente y rápida que un computador convencional.

Para intentar entender un poco cómo los investigadores pudieron ver este nuevo estado, debemos tener en cuenta que en un material magnético típico hay electrones que se comportan como pequeños imanes. Cuando un material se enfría lo suficiente, estos ‘imanes’ se organizan entre sí de manera que todos los polos magnéticos quedan alineados en una misma dirección.

Pero cuando un material magnético contiene un estado de líquido spin, incluso si se enfría al cero absoluto (-273 grados centígrados) los pequeños imanes de sus electrones no se alinean, sino que se revuelven como en una especie de ‘sopa cuántica’.

La investigación fue realizada por Knolle, el doctor Dmitry Kovrizhin, ambos liderados por el doctor Arnab Banerjee, y el doctor Stephen Nagler.

Para este descubrimiento usaron técnicas de ‘dispersión de neutrones’, la cual se usa para investigar los movimientos atómicos y moleculares. Con estas técnicas buscaron encontrar evidencia de la fraccionalización en un material llamado ‘alpha-ruthenium chloride’ (a-RuCl3). Los investigadores probaron las propiedades magnéticas de ese material iluminandolo con neutrones, y luego observaron los patrones de ondulación que producían los neutrones cuando se dispersaban de la muestra.

Sehún Khoelle esta es una nueva adición a las escasas herramientas que se tiene para entender los estados cuánticos de la materia.

Imagen: University of Cambridge.