El patrón cíclico formado por magnesio se forma a temperatura ambiente.

Un equipo de investigadores ha logrado crear un cristal micrométrico de espacio-tiempo hecho de imanes a temperatura ambiente. Con la ayuda de un microscopio de rayos X ultrafino, pudieron capturar la estructura de la magnetización periódica repetida en una película.

Un cristal espacio-temporal formado por magnones fotografiados con un microscopio de transmisión de rayos X de barrido Maxymus.

Un equipo de investigación germano-polaco ha logrado crear un cristal micrométrico de espacio-tiempo que consta de imanes a temperatura ambiente. Con la ayuda del microscopio de rayos X de transmisión de barrido de Maxymus en Bessy II en Helmholtz Zentrum Berlin, pudieron Película Estructura de magnetización periódica repetida en un cristal. Publicado en Cartas de revisión físicaEl proyecto de investigación fue una colaboración entre científicos del Instituto Max Planck de Sistemas Inteligentes en Stuttgart, Alemania, la Universidad Adam Mickiewicz y la Academia Polaca de Ciencias en Poznan, Polonia.

Organícese en el lugar y patrulle en el momento adecuado

Un cristal es una sustancia sólida cuyos átomos o moléculas están dispuestos regularmente en una estructura específica. Si uno mira el arreglo con un microscopio, uno descubre maíz O una molécula siempre en los mismos períodos. Es análogo a los cristales del espacio-tiempo: sin embargo, una estructura repetitiva se encuentra no solo en el espacio, sino también en el tiempo. Los componentes más pequeños se mueven continuamente hasta que después de un cierto período se vuelven a organizar en el patrón original.

En 2012, Frank Wilczek, premio Nobel de Física, descubrió la consistencia de la materia en el tiempo. Es el descubridor de estos llamados cristales del tiempo, aunque como teórico solo los predijo hipotéticamente. Desde entonces, muchos científicos han buscado materiales en los que se observe este fenómeno. El hecho de que existieran cristales del espacio-tiempo se confirmó por primera vez en 2017. Sin embargo, las estructuras tenían solo unos pocos nanómetros de tamaño y solo se formaron en temperaturas extremadamente frías por debajo de menos 250 grados. Celsius. El hecho de que los científicos germano-polacos hayan logrado fotografiar cristales relativamente grandes en el espacio-tiempo de unos pocos micrómetros en un videoclip a temperatura ambiente es revolucionario. Pero también porque pudieron demostrar que su cristal del espacio-tiempo, que está formado por imanes, puede interactuar con otros imanes que encuentren.

Una experiencia excepcional lograda

«Tomamos el patrón de imanes que se repite regularmente en el espacio y el tiempo, enviamos más imanes y finalmente se dispersaron. Por lo tanto, pudimos demostrar que un cristal de tiempo puede interactuar con otras cuasipartículas». Nick Trager, estudiante de doctorado en Max Planck Institute for Intelligent Systems, que fue, junto con Paul Groszecki, el primer autor de la publicación: nadie ha podido mostrar esto directamente en un experimento, y mucho menos en un video.

En su experimento, Gruszecki y Träger colocaron una tira de material magnético en una antena microscópica a través de la cual enviaron una corriente de radiofrecuencia. Este campo de microondas excitó un campo magnético oscilante, que es una fuente de energía que induce los imanes en la cinta, cuasi-partícula de la onda de giro. Las ondas magnéticas viajaron a la cinta de izquierda a derecha y se condensaron automáticamente en un patrón repetitivo en el espacio y el tiempo. A diferencia de las ondas estacionarias simples, este patrón se formó antes de que las dos ondas convergentes se encontraran y se superpusieran. Por tanto, el patrón, que desaparece con regularidad y reaparece por sí solo, debería ser un efecto cuantitativo.

Gisela Schutz, directora del Instituto Max Planck de Sistemas Inteligentes que dirige el Departamento de Sistemas Magnéticos Modernos, destaca la singularidad de la cámara de rayos X: “No solo puede hacer visibles las interfaces de onda en una resolución muy alta, que es 20 veces mejor que el mejor microscopio óptico. Por lo tanto, a velocidades de hasta 40 mil millones de cuadros por segundo, con una sensibilidad extremadamente alta a los fenómenos magnéticos también «.

«Pudimos demostrar que los cristales del espacio-tiempo son mucho más poderosos y difusos de lo que se pensaba originalmente», dice Paul Groszky, científico de la Facultad de Física de la Universidad Adam Mickiewicz en Poznan. Nuestro cristal se condensa a temperatura ambiente y las partículas pueden interactuar con él, a diferencia de un sistema aislado. Además, había alcanzado el tamaño que podría usarse para hacer algo con este cristal magnético de espacio-tiempo. Esto podría resultar en muchas aplicaciones potenciales «.

Joachim Gref, exlíder del grupo de investigación en el Departamento de Sistemas Magnéticos Modernos y autor reciente de la publicación, concluye: “Los cristales clásicos tienen una gama de aplicaciones muy amplia. Ahora, si los cristales pueden interactuar no solo en el espacio sino también en el tiempo, añadimos una dimensión. Otra para posibles aplicaciones. El potencial de la tecnología de la comunicación, el radar o la imagen es enorme ”.

Referencia: “Observación del espacio real de la interacción de Magnon con cristales de espacio-tiempo impulsados” por Nick Träger, Paweł Gruszecki, Filip Lisiecki, Felix Groß, Johannes Förster, Markus Weigand, Hubert Głowiński, Piotr Kuświk, Janusz Dubowik, Giselajütz, 3 de febrero, Weiw , 2021 Cartas de revisión física.
DOI: 10.1103 / PhysRevLett.126.057201