Una nuova fase esotica della materia scoperta in un composto magnetico
Un nuovo stato esotico della materia è stato scoperto all’interno di un precedente stato esotico individuato in un composto magnetico lo scorso decennio. Nel 2016, i fisici Weiguo Yin, Christopher Roth e Alexei Tsvelik del Brookhaven National Laboratory negli Stati Uniti hanno identificato una fase di spin-states in Sr3CuIrO6, una combinazione di stronzio, rame, iridio e ossigeno, che hanno definito “metà-fuoco, metà-ghiaccio”. Ora, hanno trovato l’opposto: una fase “metà-ghiaccio, metà-fuoco”, in cui gli elettroni all’interno di due diverse strutture scambiano comportamenti.
Il concetto di frustrazione è cruciale per questa scoperta, descrivendo le interazioni tra particelle vicine. Cambiando un elemento del sistema, un cambiamento di comportamento può propagarsi come un cambiamento di fase. Nel materiale “metà-fuoco, metà-ghiaccio” del team, gli spin degli elettroni su un reticolo di atomi di rame sono disordinati come le fiamme di un inferno, mentre quelli dei siti di iridio sono congelati, conferendo loro una maggiore attrazione magnetica.
Secondo uno standard matematico di cambiamento di fase, sembrava impossibile far muovere questa formazione. Tuttavia, una scoperta critica ha portato il team a individuare un cambiamento di temperatura definito che ribalta completamente lo stato. Questa reversibilità è la svolta che Yin e Tsvelik stavano cercando: la chiave per sbloccare il potenziale di Sr3CuIrO6 per la scienza dell’informazione quantistica e la microelettronica.
Yin afferma: “Trovare nuovi stati con proprietà fisiche esotiche e riuscire a comprendere e controllare le transizioni tra questi stati sono problemi centrali nei campi della fisica della materia condensata e della scienza dei materiali. Risolvere questi problemi potrebbe portare a grandi progressi in tecnologie come il calcolo quantistico e la spintronica.”
I materiali magnetici possono assumere diverse forme. Nei materiali ferromagnetici convenzionali, come il ferro, gli spin delle particelle sono tutti allineati nella stessa direzione. Un ferrimagnete è uno in cui si trovano due stati di spin, come in Sr3CuIrO6. Come descritto nel documento del team del 2024 sulla loro scoperta del 2016, la strana fase “metà-fuoco, metà-ghiaccio” può essere indotta da un campo magnetico esterno ed è piuttosto sorprendente. Gli spin del rame cadono in un disordine totale, mentre gli spin dell’iridio si allineano come soldati sull’attenti.
Questo è piuttosto interessante, ma non estremamente utile da solo. I qubit, ad esempio, le unità di base del calcolo quantistico, possono essere basati sugli spin degli elettroni, ma quegli spin devono essere in grado di mostrare i diversi valori del sistema binario. E i qubit regolabili, quelli i cui spin possono essere manipolati, sono ancora più utili.
Fonte: Science Alert
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