Ondas de entrelazamiento vistas ondulando a través de un imán cuántico por primera vez: ScienceAlert

Al transformar moléculas orgánicas en un extraño tipo de imán, físicos de la Universidad Aalto y la Universidad de Jyväskylä en Finlandia han creado el espacio perfecto para observar la elusiva actividad de un estado electrónico llamado triplón.

Mientras que un imán común suele describirse mejor como si tuviera dos polos rodeados por un nido de líneas de campo, la curiosa construcción conocida como imán cuántico desafía una descripción tan simple.

Como ocurre cada vez que aparece la palabra "cuántico", puedes imaginar un paisaje donde nada es seguro. Como hacer girar las ruedas de la ruleta en un casino con poca luz, todos los estados son un tal vez hasta que el croupier dice "no más apuestas".

Lo que es aún más extraño, los números y colores de una rueda se entrelazan con los de otras ruedas de forma no intuitiva, de modo que un resultado negro en una podría significar que aparezca rojo en otra.

Con el norte y el sur reducidos a un flujo de probabilidades, los imanes cuánticos tienen propiedades de las que carece el imán de su refrigerador, lo que los convierte en objetos útiles para explorar fenómenos que no se detectan fácilmente en la mayoría de los otros entornos.

Uno de esos comportamientos es una ola de cuasipartículas conocidas como triplones.

Mete la mano en una bolsa atómica y saca un electrón. Existe la misma posibilidad de que tenga uno de dos giros o tipos de momento angular. Encuentra un electrón con espín opuesto y los dos se cancelarán. ¡Felicitaciones, tienes un estado singlete de electrones!

Agregue un tercer electrón y agregará otra pequeña cantidad de torsión, creando un doblete.

Pero, ¿qué pasa si los dos de tu pareja inicial tienen el mismo giro? En lugar de cancelarse, ahora se convierten en un estado triplete.

Aunque los dos electrones de un triplete suelen estar estacionados en sus propias órbitas atómicas distintas, los físicos pueden agrupar convenientemente sus características y tratarlas como una "especie de partícula": una cuasipartícula.

En este caso particular, los espines de los estados tripletes se tratan como partículas individuales llamadas triplones y tienen comportamientos propios y distintos. Enredados entre sí sobre un material, pueden surgir y moverse de formas curiosas.

Todo esto está muy bien en teoría, pero no siempre es fácil ver comportamientos similares a ondas en la naturaleza.

Aquí, al construir imanes cuánticos a partir de una mezcla de átomos de cobalto y moléculas de ftalocianina, los investigadores crearon las condiciones adecuadas para obligar a los electrones a interactuar como cuasipartículas triplón y luego propagar sus propiedades a través del sólido.

"Usando bloques de construcción moleculares muy simples, podemos diseñar y probar este complejo imán cuántico de una manera que nunca se había hecho antes, revelando fenómenos que no se encuentran en sus partes independientes", dice el primer autor del estudio, Robert Drost, físico aplicado. de la Universidad Aalto.

"Si bien las excitaciones magnéticas en átomos aislados se han observado durante mucho tiempo mediante espectroscopia de barrido de túneles, nunca se ha logrado con triplones en propagación".

No es el tipo de descubrimiento que revolucionará la forma en que pegas los preciados dibujos de tus hijos en la puerta del refrigerador, pero la electrónica cuántica está demostrando ser útil en informática y encriptación.

Poseer algunas herramientas nuevas para manipular cuasipartículas en un casino cuántico nunca puede ser un error.

"Esta estrategia demuestra que podemos diseñar racionalmente plataformas materiales que abran nuevas posibilidades en las tecnologías cuánticas", afirma José Lado, jefe del grupo de investigación de Materiales Cuánticos Correlacionados de la Universidad de Aalto.

Esta investigación fue publicada en Physical Review Letters.