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(noticias nanowerk) Los investigadores Kazuaki Takasan y Kyogo Kawaguchi de la Universidad de Tokio, junto con Kyosuke Adachi de RIKEN, la institución de investigación integral más grande de Japón, han demostrado que el ferromagnetismo, un estado ordenado de los átomos, puede ser inducido aumentando la movilidad de las partículas y que las fuerzas repulsivas entre los átomos. son suficientes para que se mantenga. El descubrimiento no sólo amplía el concepto de materia activa a los sistemas cuánticos, sino que también contribuye al desarrollo de nuevas tecnologías basadas en las propiedades magnéticas de las partículas, como la memoria magnética y la computación cuántica.
Los resultados fueron publicados en la revista. Investigación de verificación física. (“Ferromagnetismo inducido por actividad en sistemas cuánticos unidimensionales de muchos cuerpos”).
Bandadas de pájaros, enjambres de bacterias, corrientes de células. Todos estos son ejemplos de materia activa, un estado en el que agentes individuales como pájaros, bacterias o células se organizan. Los agentes cambian de un estado desordenado a uno ordenado en la llamada “transición de fase”. Esto significa que se mueven juntos de manera organizada y sin control externo.
«Estudios anteriores han demostrado que el concepto de materia activa es aplicable a una amplia gama de escalas, desde nanómetros (biomoléculas) hasta metros (animales)», afirma Takasan, el primer autor. “Sin embargo, no se sabe si la física de la materia activa puede aplicarse de manera significativa en el dominio cuántico. Queríamos cerrar esta brecha”.
Para cerrar esta brecha, los investigadores necesitaban demostrar un posible mecanismo que pudiera inducir y mantener un estado ordenado en un sistema cuántico. Fue un esfuerzo de colaboración entre la física y la biofísica. Los investigadores se inspiraron en el fenómeno de las bandadas de pájaros, ya que el estado ordenado se puede alcanzar más fácilmente que con otros tipos de materia activa debido a la actividad de cada sustancia activa individual.
Crearon un modelo teórico en el que los átomos esencialmente imitaban el comportamiento de las aves. En este modelo, a medida que aumentaban la movilidad de los átomos, las fuerzas repulsivas entre los átomos los reorganizaban en un estado ordenado llamado ferromagnetismo. En el estado ferromagnético, los espines, el momento angular de las partículas y núcleos subatómicos, se alinean en una dirección, del mismo modo que las bandadas de pájaros miran en la misma dirección cuando vuelan.
“Al principio resultó sorprendente que en el modelo cuántico se pudiera producir orden sin interacciones complicadas entre los agentes”, reflexiona Takasan sobre el resultado. «Fue diferente de lo esperado según los modelos biofísicos».
El investigador adoptó un enfoque múltiple para asegurarse de que su resultado no fuera una coincidencia. Afortunadamente, los resultados de las simulaciones por computadora, la teoría de campos medios, la teoría estadística de partículas y las demostraciones matemáticas basadas en álgebra lineal coincidieron. Esto fortaleció la confiabilidad de sus resultados, el primer paso en una nueva dirección de investigación.
«La expansión de la materia activa al mundo cuántico acaba de comenzar y aún quedan muchos aspectos abiertos», afirma Takasan. «Queremos seguir desarrollando la teoría de la materia activa cuántica y descubrir sus propiedades universales».
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