I ricercatori del MIT hanno scoperto un nuovo tipo di magnetismo. Finora gli studiosi avevano provato l'esistenza solamente di due tipi di magnetismo, il ferromagnetismo e l'antiferromagnetismo. "Abbiamo dimostrato che c'è un terzo stato fondamentale del magnetismo", ha dichiarato Young Lee, professore di fisica al MIT.
Il lavoro sperimentale ha infatti permesso di provare l'esistenza di uno stato chiamato "quantum spin liquid", o più brevemente QSL. Il QSL è un cristallo solido ma il suo stato magnetico è stato descritto come quello di un liquido. A differenza degli altri due tipi di magnetismo, gli orientamenti magnetici delle singole particelle all'interno di questo cristallo fluttuano costantemente, ricordando il moto costante delle molecole all'interno di un vero liquido.
Crystal di herbertsmithite. Questo campione è lungo 7 millimetri e pesa 0,2 grammi
Non c'è un momento magnetico all'interno del materiale, ha spiegato il professor Lee, anche se vi è "una forte interazione tra gli orientamenti magnetici e, a causa degli effetti quantici, gli orientamenti magnetici non rimangono in posizione". È estremamente difficile da misurare o provare l'esistenza di questo stato esotico, e quello realizzato al MIT è uno degli esperimenti con l'insieme di dati più completo a farlo.
Il materiale è un cristallo di un minerale chiamato herbertsmithite. Lee e i suoi colleghi sono riusciti a ricavare da questo materiale un cristallo puro, dopo averci provato per 10 mesi. Studiandone le proprietà in dettaglio il team ha trovato uno stato con eccitazioni frazionate, predetto da alcuni teorici ma comunque considerata un'idea molto controversa.
Laddove la maggior parte della materia ha precisi stati quantistici le cui variazioni sono espresse in numeri interi, il QSL ha esibito stati quantici frazionari. Questi stati eccitati, chiamati spinoni, formano un continuum. Per misurare questo stato il team ha usato una tecnica chiamata scattering di neutroni e uno spettrometro di neutroni. I risultati secondo il professor Young Lee sono "una prova molto forte di questo frazionamento" degli stati di spin.
Servirà molto tempo per tradurre questa ricerca fondamentale in applicazioni pratiche, che potrebbero interessare l'archiviazione dati, i superconduttori ad alte temperature o le comunicazioni. "Dobbiamo ottenere una comprensione maggiore del quadro", ha aggiunto Lee. "Non esiste una teoria che descriva tutto ciò che stiamo vedendo".