Descubiertos monopolos artificiales

Un equipo de investigadores de Colonia, Múnich y Dresde han conseguido crear monopolos magnéticos artificiales. Para ello, los científicos combinaron pequeños remolinos magnéticos, llamados skyrmions. En el momento de la fusión, los físicos fueron capaces de crear un monopolo, que tiene características similares a una partícula fundamental postulada por Paul Dirac en 1931. Además de la investigación fundamental, los monopolos también pueden tener aplicaciones potenciales. La cuestión de si los remolinos magnéticos pueden ser utilizados en la producción de componentes de ordenadores un día está actualmente siendo investigado por varios grupos en todo el mundo.

Cuando un imán se divide, siempre se crea un nuevo imán con polo norte y sur. Sin embargo, un monopolo, es decir, un polo norte sin un polo sur o un polo sur sin  polo norte, aún no se ha descubierto. En la edición actual de la revista Science, investigadores de Colonia, Múnich y Dresde describen el descubrimiento de un nuevo tipo de monopolo artificial en un sólido, es decir, partículas, que tienen características similares a los monopolos, pero que sólo existen dentro de los materiales.

En los últimos años, los materiales con los que se forman remolinos magnéticos,  llamados, skyrmions, se han examinado intensamente. Estos remolinos influyen en los movimientos de los electrones exactamente de la misma manera que los campos magnéticos. Por esta razón, los campos magnéticos artificiales se utilizan para describir estos giros, así como su influencia sobre los electrones.

Incluso si estos no son campos magnéticos “reales”, es posible medirlos experimentalmente de la misma manera que los campos magnéticos normales a medida que desvían los electrones.

Los investigadores hicieron se preguntaron sobre las consecuencias de intentar destruir estos remolinos magnéticos. Para ello, el grupo de trabajo bajo la dirección del Profesor Eng, del Technischen Universität en Dresden observó remolinos magnéticos con un microscopio de fuerza magnética: un diminuto que muestrea con una punta magnética la superficie de los imanes y mide la dirección de la magnetización. Así el grupo fue capaz de observar en la superficie que los torbellinos magnéticos aparentemente se unen cuando se destruye la fase skyrmion.

¿Qué sucede, sin embargo, dentro de los materiales? Medidas adoptadas por el grupo de trabajo bajo la dirección del Profesor Pfleiderer en Munich en dispersión de neutrones, indican que se producen procesos similares, pero no se observan giros individuales de esta manera. Por esta razón, Stefan Buhrandt y Christoph Schütte trabajaron en el grupo del Profesor Rosch en la Universidad de Colonia con simulaciones por ordenador. Estas mostraron que los remolinos vecinos al proceso de fusión observado en la superficie en el experimento, también se producían dentro de los materiales.

Debido al hecho de que cada giro lleva un campo magnético artificial, su creación o destrucción ocurre en el punto de fusión. ”Esto significa que un monopolo magnético artificial tiene que asentarse en ese preciso momento. Dónde quiera que se unan dos de estos torbellinos magnéticos se fundan en el experimento, un monopolo magnético artificial habrá surgido a través de la superficie.”

Los monopolos magnéticos se han buscado en vano en el campo de la física de partículas durante mucho tiempo. En 1931, Paul Dirac postuló la existencia de una partícula fundamental para explicar por qué los electrones y protones llevan cargas eléctricas del mismo tamaño. Esto es sorprendente debido a que los elementos de los protones y los electrones son partículas fundamentales completamente diferentes. Dirac, sin embargo, argumentó que la existencia de un único monopolo magnético sería suficiente para explicar que las cargas de todas las partículas fundamentales tienen que ser cuantificada, es decir, ser exactamente un múltiplo entero de una carga elemental. Los monopolos artificiales recientemente descubiertos cumplen perfectamente con este requisito de cuantificación. “Es fascinante que algo tan fundamental como un monopolo magnético puede ser realizado en una pieza de material,” describe Stefan Buhrandt. A pesar de esto, los monopolos artificiales no pueden resolver el problema de Dirac: sólo los electrones en estado sólido, y no los protones, sienten los campos magnéticos artificiales.

Además de su uso en la investigación fundamental, los monopolos artificiales también podrían tener aplicaciones potenciales. Muchos grupos de todo el mundo están investigando la cuestión de si los remolinos magnéticos se podrían utilizar en la producción de componentes del ordenador. Si esto fuera posible, también se tendría que crear y destruir su giro: los monopolos magnéticos podrían entonces jugar un papel importante en ello.

Enlace original: Artificial magnetic monopoles discovered