El líquido de espín cuántico es un estado de la materia en el que los momentos magnéticos de los átomos se comportan como un líquido: oscilan constantemente y no se ordenan rígidamente incluso a temperaturas muy bajas. Uno de los modelos teóricos más conocidos de este líquido fue propuesto por Alexei Kitaev. Describe partículas en una red hexagonal que interactúan de manera especial, mediante el llamado intercambio de Kitaev.
En el nuevo trabajo, los autores agregaron cargas libres (huecos) a este modelo y observaron si podía surgir superconductividad. Con un potente método computacional, descubrieron que efectivamente es posible. Además, el tipo de superconductividad depende de la naturaleza de la interacción magnética. Si la interacción es ferromagnética, cuando los momentos magnéticos tienden a alinearse en una misma dirección, aparece superconductividad triplete con un número moderado de huecos. En ella, los pares de electrones tienen espín 1. Esta superconductividad coexiste persistentemente con el ferromagnetismo, pero desaparece cuando el material se magnetiza por completo.
Si la interacción es antiferromagnética, los momentos magnéticos vecinos tienden a ser opuestos, el panorama se vuelve más complejo. Con pocos huecos, la superconductividad triplete aún domina, pero al aumentar su número, la superconductividad singlete con simetría d+id comienza a tomar protagonismo. Esta transición suave entre dos tipos de apareamiento es un fenómeno raro e intrigante.
Los autores también mostraron que la superconductividad triplete se intensifica con el aumento de la magnetización y alcanza su punto máximo justo antes de la saturación magnética completa. Esto proporciona una guía clara para los experimentos: buscar superconductividad inusual en materiales de Kitaev ligeramente dopados que están al borde del orden magnético.
Los líquidos de espín cuántico podrían ser útiles para crear qubits topológicos, elementos de una computadora cuántica resistentes a las perturbaciones.