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\u00abLa verdadera raz\u00f3n por la que tenemos magnetismo en nuestra vida cotidiana es la fuerza de las interacciones de intercambio de electrones\u00bb, dijo el coautor del estudio Ata\u00e7 \u0130mamo\u011flu, f\u00edsico tambi\u00e9n del Instituto de Electr\u00f3nica Cu\u00e1ntica.<\/p>\n
Sin embargo, como teoriz\u00f3 Nagaoka en la d\u00e9cada de 1960, las interacciones de intercambio pueden no ser la \u00fanica forma de hacer que un material sea magn\u00e9tico. Nagaoka imagin\u00f3 una red cuadrada bidimensional donde cada sitio de la red ten\u00eda solo un electr\u00f3n. Luego descubri\u00f3 qu\u00e9 pasar\u00eda si se eliminara uno de esos electrones en determinadas condiciones. A medida que los electrones restantes de la red interactuaban, el agujero donde hab\u00eda estado el electr\u00f3n faltante se deslizar\u00eda alrededor de la red.<\/p>\n
En el escenario de Nagaoka, la energ\u00eda general de la red estar\u00eda en su nivel m\u00e1s bajo cuando todos los espines de sus electrones estuvieran alineados. Cada configuraci\u00f3n de electrones tendr\u00eda el mismo aspecto, como si los electrones fueran fichas id\u00e9nticas en el rompecabezas de fichas deslizantes m\u00e1s aburrido del mundo. Estos espines paralelos, a su vez, har\u00edan que el material fuera ferromagn\u00e9tico.<\/p>\n
Cuando dos cuadr\u00edculas con un giro forman un patr\u00f3n<\/p>\n
\u0130mamo\u011flu y sus colegas intuyeron que pod\u00edan crear el magnetismo de Nagaoka experimentando con l\u00e1minas de \u00e1tomos de una sola capa que pod\u00edan apilarse para formar un intrincado patr\u00f3n muar\u00e9 (pronunciado mwah-ray<\/em>). En materiales en capas at\u00f3micamente delgados, los patrones muar\u00e9 pueden alterar radicalmente el comportamiento de los electrones y, por tanto, de los materiales. Por ejemplo, en 2018, el f\u00edsico Pablo Jarillo-Herrero y sus colegas demostraron que pilas de grafeno de dos capas adquir\u00edan la capacidad de superconducir cuando compensaban las dos capas con un giro.<\/p>\n Ata\u00e7 \u0130mamo\u011flu y sus colegas sospechaban que su material reci\u00e9n sintetizado podr\u00eda mostrar algunas propiedades magn\u00e9ticas extra\u00f1as, pero no sab\u00edan exactamente qu\u00e9 encontrar\u00edan.<\/p>\n <\/span>Cortes\u00eda de Ata\u00e7 \u0130mamo\u011flu<\/span><\/div>\n<\/figure>\n<\/div>\n Desde entonces, los materiales muar\u00e9 han surgido como un nuevo sistema convincente para estudiar el magnetismo, ubicado junto a nubes de \u00e1tomos sobreenfriados y materiales complejos como los cupratos. \u00abLos materiales muar\u00e9 nos proporcionan un campo de juego para, b\u00e1sicamente, sintetizar y estudiar estados de electrones en muchos cuerpos\u00bb, dijo \u0130mamo\u011flu.<\/p>\n Los investigadores comenzaron sintetizando un material a partir de monocapas de semiconductores diseleniuro de molibdeno y disulfuro de tungsteno, que pertenecen a una clase de materiales que simulaciones anteriores hab\u00edan implicado que podr\u00edan exhibir magnetismo al estilo de Nagaoka. Luego aplicaron campos magn\u00e9ticos d\u00e9biles de diferentes intensidades al material muar\u00e9 mientras rastreaban cu\u00e1ntos espines de electrones del material se alineaban con los campos.<\/p>\n Luego, los investigadores repitieron estas mediciones mientras aplicaban diferentes voltajes a trav\u00e9s del material, lo que cambi\u00f3 la cantidad de electrones que hab\u00eda en la red muar\u00e9. Encontraron algo extra\u00f1o. El material era m\u00e1s propenso a alinearse con un campo magn\u00e9tico externo (es decir, a comportarse de manera m\u00e1s ferromagn\u00e9tica) s\u00f3lo cuando ten\u00eda hasta un 50 por ciento m\u00e1s de electrones que sitios de red. Y cuando la red ten\u00eda menos electrones que los sitios de la red, los investigadores no vieron signos de ferromagnetismo. Esto era lo contrario de lo que habr\u00edan esperado ver si el ferromagnetismo est\u00e1ndar de Nagaoka hubiera estado funcionando.<\/p>\n Sin embargo, el material era magnetizante, las interacciones de intercambio no parec\u00edan impulsarlo. Pero las versiones m\u00e1s simples de la teor\u00eda de Nagaoka tampoco explicaban completamente sus propiedades magn\u00e9ticas.<\/p>\n Cuando tus cosas se magnetizan y te sorprendes un poco<\/p>\n Al final todo se redujo al movimiento. Los electrones reducen su energ\u00eda cin\u00e9tica al expandirse en el espacio, lo que puede hacer que la funci\u00f3n de onda que describe el estado cu\u00e1ntico de un electr\u00f3n se superponga con la de sus vecinos, uniendo sus destinos. En el material del equipo, una vez que hubo m\u00e1s electrones en la red muar\u00e9 que sitios de la red, la energ\u00eda del material disminuy\u00f3 cuando los electrones adicionales se deslocalizaron como niebla bombeada a trav\u00e9s de un escenario de Broadway. Luego se emparejaron fugazmente con electrones en la red para formar combinaciones de dos electrones llamadas doblones.<\/p>\n Estos electrones adicionales itinerantes, y los doblones que segu\u00edan formando, no pod\u00edan deslocalizarse y extenderse dentro de la red a menos que todos los electrones en los sitios circundantes de la red tuvieran espines alineados. A medida que el material persegu\u00eda implacablemente su estado de menor energ\u00eda, el resultado final fue que los doblones tend\u00edan a crear peque\u00f1as regiones ferromagn\u00e9ticas localizadas. Hasta cierto umbral, cuantos m\u00e1s doblones atraviesan una red, m\u00e1s ferromagn\u00e9tico se vuelve detectable el material.<\/p>\n<\/div>\n