Una nueva forma en que puede existir la materia -diferente de los estados de sólido, líquido, gas o plasma- ha sido localizada en la interfaz de dos materiales exóticos que forman un sándwich. El nuevo estado cuántico, llamado cristal líquido cuántico, parece seguir sus propias reglas y ofrece características que podrían allanar el camino para aplicaciones tecnológicas avanzadas, según afirmaron los científicos.

En un artículo publicado en la revista Science Advances, un equipo de investigadores dirigido por la Universidad de Rutgers describió un experimento centrado en la interacción entre un material conductor llamado semimetal de Weyl y un material magnético aislante conocido como hielo de espín, cuando ambos se someten a un campo magnético extremadamente alto. Ambos materiales son conocidos individualmente por sus propiedades únicas y complejas.

“Aunque cada material ha sido ampliamente estudiado, su interacción en este límite ha permanecido completamente inexplorada”, afirmó en un comunicado Tsung-Chi Wu, doctor en física y astronomía de Rutgers y primer autor del estudio. Observamos nuevas fases cuánticas que surgen únicamente cuando estos dos materiales interactúan. Esto crea un nuevo estado topológico cuántico de la materia en campos magnéticos elevados, desconocido hasta entonces.

El equipo descubrió que, en la interfaz de estos dos materiales, las propiedades electrónicas del semimetal de Weyl se ven influenciadas por las propiedades magnéticas del hielo de espín. Esta interacción da lugar a un fenómeno muy poco común denominado “anisotropía electrónica”, en el que el material conduce la electricidad de forma diferente en distintas direcciones. Descubrieron que, dentro de un círculo de 360 grados, la conductividad es mínima en seis direcciones específicas. Sorprendentemente, al aumentar el campo magnético, los electrones comienzan a fluir repentinamente en dos direcciones opuestas. Este descubrimiento concuerda con una característica observada en el fenómeno cuántico conocida como ruptura de la simetría rotacional e indica la aparición de una nueva fase cuántica en campos magnéticos elevados.

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Los hallazgos son significativos porque revelan nuevas formas de controlar y manipular las propiedades de los materiales, afirmó Wu. Al comprender cómo se mueven los electrones en estos materiales especiales, los científicos podrían diseñar nuevas generaciones de sensores cuánticos ultrasensibles de campos magnéticos que funcionen mejor en condiciones extremas, como en el espacio o dentro de máquinas potentes.

Los semimetales de Weyl son materiales que permiten que la electricidad fluya de formas inusuales a muy alta velocidad y con cero pérdida de energía gracias a cuasipartículas relativistas especiales llamadas fermiones de Weyl. El hielo de espín, por otro lado, son materiales magnéticos donde los momentos magnéticos (pequeños campos magnéticos dentro del material) se organizan de forma similar a las posiciones de los átomos de hidrógeno en el hielo. Cuando estos dos materiales se combinan, crean una heteroestructura, compuesta por capas atómicas de materiales diferentes.

Fuente: Europa Press.

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