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| Ilustración artística que representa las excitaciones magnéticas de las moléculas de cobalto-ftalocianina, donde los electrones enredados se propagan en triplones. Crédito: Jose Lado/Aalto University |
Los imanes cuánticos constituyen una potente plataforma para explorar complejos fenómenos cuánticos de muchos cuerpos. Un ejemplo son las excitaciones triplón, modos exóticos de muchos cuerpos que surgen de la propagación de transiciones singlete-tripleta.
Los triplones son pequeños fenómenos difíciles de observar. Incluso así, los experimentos suelen realizarse en materiales macroscópicos, donde las mediciones se presentan como una media de toda la muestra.
Ahí es donde los materiales cuánticos de diseño ofrecen una ventaja única: Permiten a los científicos crear fenómenos que no se encuentran en los compuestos naturales y, en última instancia, realizar excitaciones cuánticas exóticas.
En un nuevo estudio, un equipo de la Universidad de Aalto y la Universidad de Jyväskylä diseñó un imán cuántico mínimo a partir de moléculas orgánicas. Demostró la aparición de modos triplón dispersivos en ensamblajes unidimensionales y bidimensionales sondeados con microscopía de efecto túnel y espectroscopía.
El equipo utilizó pequeñas moléculas orgánicas para crear un material cuántico artificial con propiedades magnéticas inusuales. En cada una de las moléculas de cobalto-ftalocianina empleadas en el experimento hay dos electrones frontera.
El investigador de la Academia Robert Drost, primer autor del trabajo, declaró: "Utilizando bloques de construcción moleculares muy sencillos, podemos diseñar y sondear este complejo imán cuántico de una forma que nunca antes se había hecho, revelando fenómenos que no se encuentran en sus partes independientes."
"Mientras que las excitaciones magnéticas en átomos aislados se han observado durante mucho tiempo mediante espectroscopia de efecto túnel de barrido, nunca se había logrado con triplones en propagación".
"Utilizamos estas moléculas para agrupar electrones; los empaquetamos en un espacio reducido y los obligamos a interactuar. Observando una molécula de este tipo desde el exterior, veremos la física conjunta de ambos electrones. Como nuestro bloque de construcción fundamental contiene ahora dos electrones en lugar de uno, vemos un tipo de física muy diferente".
El grupo observó primero excitaciones magnéticas en moléculas de cobalto-ftalocianina y después en estructuras mayores como cadenas e islas moleculares. Los científicos quieren comprender el comportamiento emergente de los materiales cuánticos empezando por lo extremadamente simple y avanzando hacia una complejidad creciente. La capacidad del equipo para demostrar que las excitaciones singlete-triplete de sus bloques de construcción pueden viajar a través de redes moleculares como inusuales cuasipartículas magnéticas conocidas como triplones les permitió publicar su artículo.
Los científicos demostraron que pueden crear una excitación magnética cuántica exótica en un material artificial. Esta estrategia demuestra que podemos diseñar racionalmente plataformas materiales que abran nuevas posibilidades en tecnologías cuánticas.
Para crear otras excitaciones y ordenaciones magnéticas exóticas en materiales cuánticos, el equipo tiene previsto ampliar su estrategia para incluir componentes de construcción más sofisticados. La intrincada física de los sistemas de electrones correlacionados puede comprenderse mejor mediante el diseño racional a partir de componentes básicos, creando nuevas bases para materiales cuánticos de diseño.
Fuentes, créditos y referencias: