A medida que la tecnología moderna depende cada vez más y más de los materiales con propiedades mecánico cuánticas exóticas, los investigadores se encuentran con una barrera natural.
"El problema es que lo que hace a estos materiales útiles es a menudo lo que los hace muy difícil de diseñarlos", dijo el autor principal, Markus Greiner, un profesor asociado en el Departamento de Física de la Universidad de Harvard. "Pueden entrelazarse , existiendo en múltiples configuraciones a la vez. Esta característica de la mecánica cuántica es difícil de representar por computadores normales, así que tuvimos que tomar otro enfoque. "
los físicos prepararon una cadena de imánes de un solo átomo(esferas rojas con flechas negras que indican la orientación norte-sur) los cuales se repelen entre sí y están alineados con un campo externo ( fila de atrás) .Al reducir el campo pudieron observar la reorientación( fila delantera)causada por la repulsión magnética(hélice amarilla) y las diminutas fluctuaciones cuánticas .El fondo de la imágen muestra los imánes individuales(puntos azules) cada uno compuesto por un solo átomo,tal como se observan en el experimento.
Este enfoque está utilizando el llamado "simulador cuántico" - las propiedades de un material cuántico se simulan con un sistema cuántico artificial que puede comportarse de manera similar, pero que es más fácil de manipular y observar.
Los físicos descubrieron que cuando se aplica una fuerza a un cristal formado por átomos ultrafríos atrapados en una red óptica , un aislador de Mott, los átomos se comportaban como una cadena de pequeños imanes que se repelían entre sí, en presencia de un campo magnético externo que buscaba alinearlos.
"Cuando el campo magnético externo era fuerte, todos los imanes se alinearon con él, formando un paramagneto", dijo el coautor Jonathan Simon, un becario postdoctoral en física. "Cuando redujimos el campo magnético , los imanes de forma espontánea se anti-alinearon con sus vecinos, produciéndo un antiferromagneto ".
Si bien esta auto-organización es común en los materiales de uso cotidiano, por lo general se depende de la temperatura para empujar al sistema al nuevo orden, parecido a sacudir unjuego de Boggle para ayudar a ordenar los dados, dicen los investigadores. "Pero la temperatura era tan baja que las fluctuaciones térmicas estuvieron ausentes", explicó Simon. "Nuestra fluctuaciones surgieron de la mecánica cuántica."
Cuando la mecánica cuántica se hace cargo, las cosas se ponen extrañas."Las fluctuaciones cuánticas pueden hacer que los imanes apunten en varias direcciones al mismo tiempo", dijo Greiner. "Esta 'rareza cuántica" da a lugar a muchas de las fascinantes propiedades de los imanes cuánticos ".
Greiner y sus colegas usaron un microscopio de gases cuánticos para observar imanes individuales a temperaturas de una mil millonésima de grado sobre el cero absoluto (-273 grados Celsius). Ellos fueron capaces de ver como las fluctuaciones cuánticas se volcaron alrededor de los imanes, girando un paramagneto en un antiferromagneto y viceversa.
"La observación del magnetismo cuántico en un gas frío es un primer paso crucial hacia la simulación cuántica de los materiales magnéticos reales", dijo Greiner."Quedan muchas preguntas interesantes que responder, y sólo hemos arañado la superficie. Mediante el estudio de la forma extraña y maravillosa en que la mecánica cuántica funciona, abrimos nuevas perspectivas no sólo para el desarrollo de nuevos materiales de alta tecnología, sino también para el procesamiento de información cuántica y computación. "
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fuente de la información:
http://www.physorg.com/news/2011-04-quantum-magnet-physicists-prospects-unusual.html
