Un material magnético desafía las leyes de la física en Oak Ridge

Científicos del Oak Ridge National Laboratory (ORNL) impactaron un material magnético con pulsos láser rápidos y lo observaron mediante neutrones. El material rompió una regla fundamental de la física conocida como balance detallado y se mantuvo en ese estado en lugar de volver rápidamente al equilibrio, anunció el laboratorio el 9 de noviembre. Los investigadores señalan que esta señal de larga duración podría beneficiar a las tecnologías cuánticas que utilizan excitaciones magnéticas para transportar y almacenar información.ornl.gov

Los resultados fueron publicados en Nature Communications. Un registro en la base de datos de publicaciones del ORNL indica que el artículo se publicó en abril de 2026, con Chengyun Hua, Barry Winn, Colin Sarkis, Gabriele Sala, Takeshi Egami y Alan Tennant como autores.ornl.gov

Una señal asimétrica persistente

El equipo estudió los magnones, que son cuasipartículas, ondas en el orden magnético de un material capaces de transportar información, según el anuncio del ORNL. Cuando un sistema está en reposo, el balance detallado vincula los eventos de ganancia y pérdida de energía de manera predecible. Bajo los pulsos láser, ese vínculo falló y los datos de neutrones mostraron señales adicionales en un solo lado.newswise.com

El exceso de magnones no desapareció. Esto descartó un simple calentamiento y apuntó a un "estado estacionario de no equilibrio de larga duración sostenido por pulsos láser periódicos", señaló el laboratorio. El resumen del artículo indica que el material era un antiferromagneto de Heisenberg de red cuadrada bidimensional. También argumenta que la violación refleja la naturaleza mecánico-cuántica de la dinámica del sistema, según el resumen de publicación del ORNL.ornl.gov+1

"Nadie había sondeado directamente una violación del balance detallado en un sistema de materia condensada antes", dijo Hua en el comunicado del ORNL. "Teóricamente tiene sentido que pueda ocurrir, pero experimentalmente fue increíble verlo".newswise.com

Construyendo una línea de haz de bombeo-sonda

La dispersión de neutrones normalmente analiza materiales en equilibrio. El equipo tuvo que adaptar la Spallation Neutron Source del ORNL para trabajar mientras una muestra era activamente excitada. Un artículo técnico previo del grupo describe la configuración en el espectrómetro HYSPEC. Utiliza un láser pulsado de nanosegundos sincronizado con los pulsos de neutrones, junto con Rb2MnF4, un imán cuántico en el que los magnones cerca del centro de la zona pueden, en teoría, durar hasta milisegundos.ar5iv.labs.arxiv.org

"Debido a que estábamos adoptando un nuevo enfoque, el personal de mecánica, seguridad, ingenieros de hardware y software, y el equipo de investigación tuvieron que pensar de manera creativa para que este proyecto funcionara", dijo Hua, según el laboratorio. El esfuerzo comenzó con una subvención inicial del ORNL. La Oficina de Ciencias del Departamento de Energía y el Quantum Science Center apoyaron el trabajo posterior.ornl.gov

¿Qué sigue?

El ORNL afirma que el sistema brinda a los investigadores una forma de estudiar otra física cuántica de no equilibrio en tiempo real. Ese trabajo podría informar la investigación sobre transporte coherente, dispositivos de memoria y electrónica de baja pérdida, indicó el laboratorio. Los autores escriben que su técnica in operando podría extenderse a cadenas de espín unidimensionales y sistemas de espín topológicos, "donde los efectos de no equilibrio están muy extendidos y son ricos en potencial de descubrimiento", según el resumen del artículo.ornl.gov+1