Hallan un nuevo estado de la materia, clave para el futuro de la computación cuántica

El líquido de espín cuántico es un estado desordenado / Francis Pratt (STFC)

Distinguir entre sólido, líquido, gas y plasma es necesario para aprobar la secundaria, pero la lista de estados de la materia no se acaba ahí. Existe un selecto grupo de estados alternativos que hemos podido reproducir en el laboratorio —y que hoy tiene nuevo miembro: el líquido de espín cuántico.

Se predijo hace 40 años, pero ahora un equipo internacional de científicos ha conseguido la primera prueba directa de su existencia. Este misterioso estado desordenado se esconde en determinados materiales magnéticos y hace que los electrones (hasta hace poco considerados bloques indivisibles) se separen en piezas más pequeñas. A diferencia de otros estados, el líquido de espín cuántico mantiene su tejido desordenado incluso a temperaturas bajas.

Excitación de un espín líquido / Genevieve Martin

Los investigadores (físicos de la Universidad de Cambridge, entre otras instituciones) han podido detectar las “huellas” de este nuevo estado de la materia, conocidas como fermiones de Majorana, en un material de dos dimensiones con una estructura similar al grafeno. Los científicos pudieron observar el patrón de ondas que buscaban usando técnicas de dispersión de neutrones sobre cristales de cloruro de rutenio (RuCl3). Sus resultados experimentales, publicados en la revista Nature Materials, encajan con uno de los principales modelos teóricos de este estado de la materia, el “modelo Kitaev”.

En un material magnético convencional, los electrones se comportan como pequeños imanes: si el material se enfría, los “imanes” se ordenan solos de modo que todos los polos magnéticos apunten en la misma dirección. Un material magnético que contiene un líquido de espín cuántico, en cambio, mantiene su estructura (una “maraña de espines causada por fluctuaciones cuánticas”) aunque se enfríe hasta el cero absoluto.

“Es un nuevo estado cuántico de la materia, que había sido predicho pero que no habíamos visto antes”, explica el doctor Johannes Knolle, coautor del estudio. Observar una de las propiedades más intrigantes de la materia, la división del electrón en fracciones, es un descubrimiento prometedor para la computación cuántica: en un futuro podremos los fermiones de Majorana resultantes para construir ordenadores más rápidos, capaces de realizar cálculos que serían imposibles con los transistores actuales. [Universidad de Cambridge]

Gizmodo