onda de espín

La habitación de los espejos curvos: usted está en el centro y el eco de su voz regresa desde una dirección inesperada, amplificado y distorsionado. Así también las ondas de espín en una película magnética delgada, excitadas por una antena, se reflejan en los defectos y las irregularidades y crean un enredo de campos.

En una fina película de cobalto y hierro depositada sobre un sustrato de silicio, se enrolla un diminuto vórtice magnético. No se dispersa, sino que se mantiene en su lugar, como una gota de aceite en una sartén caliente.

Un vórtice magnético se parece a un pequeño remolino en el mar, solo que en lugar de agua gira la magnetización. Estos vórtices podrían convertirse en celdas de memoria en las computadoras del futuro, pero para escribir y leer información hay que poder mover cada vórtice por separado. Hasta ahora se hace de forma burda: se desplaza todo el conjunto de una vez.

Un cable cuántico se parece a una autopista de alta velocidad por la que los electrones circulan en un flujo denso. Cada uno tiene su propia rotación, el espín, y hasta ahora se creía que separar ese flujo en dos carriles, uno para la rotación 'izquierda' y otro para la 'derecha', sin perder el orden cuántico, era casi imposible.

En las primeras fracciones de segundo después del Big Bang, el universo fue un escenario de cambios vertiginosos. Una lámina de goma estirada que se enfría rápidamente se cubre de microgrietas. Un proceso similar a escala cósmica pudo dar origen a las cuerdas cósmicas: hebras de energía finísimas pero superdensas que se extendían por todo el universo.

A los 10⁻³⁵ segundos después del Big Bang ocurrió la parte más vertiginosa. El espacio se expandía más rápido que la luz — esto es la inflación. Casi toda la partitura la ejecutaba un solo campo, el inflatón, dirigiendo el tempo y la tonalidad.

Una piedra cae en aguas tranquilas y, sobre la superficie, se extienden anillos perfectos. Si la piedra no solo cae, sino que además gira, aparecen pequeños remolinos: vórtices. La luz sabe hacer lo mismo, solo que en lugar de agua, el medio es el propio espacio-tiempo.

Una peonza que da cien vueltas por segundo de repente empieza a perder velocidad bruscamente, mucho más rápido que cualquier peonza conocida. Así se comporta el púlsar J0435+3233. Es una estrella muerta, comprimida hasta el tamaño de una ciudad, pero girando a una velocidad vertiginosa.

Cada átomo en un imán es como una diminuta aguja de brújula. Estas agujas pueden girar en diferentes direcciones, y de su danza colectiva dependen las propiedades de todo el material. Pero calcular esta danza directamente, átomo por átomo, es una tarea titánica incluso para los superordenadores. El nuevo modelo, llamado STEP, asume el papel de director de orquesta.

En el cristal que durante siglos se llamó 'oro de los tontos', los físicos vislumbraron un auténtico tesoro. El compuesto MnTe2 con estructura de pirita se convirtió en el escenario de un ballet cuántico: las ondas de espín se retuercen aquí en vórtices zurdos y diestros, y la dirección de giro está indisolublemente ligada al momento.

Las tecnologías cuánticas necesitan urgentemente un «traductor» universal entre los lenguajes de las microondas y la luz. Los qubits superconductores se comunican mediante ondas centimétricas, mientras que los fotones en fibra óptica lo hacen en frecuencias ópticas.

Una multitud está encerrada en un estrecho pasillo entre dos hileras de espejos. De vez en cuando alguien empuja con fuerza la pared y un rumor recorre el pasillo: así, en el plasma de los cúmulos de galaxias aparecen ondas de silbido y ondas ion-ciclotrón.

Un tambor gigante acaba de recibir un golpe. Su membrana aún vibra, pero además del zumbido principal, por ella se extiende una ondulación fina: alguien ha pasado un dedo sobre la piel tensa.

El cristal La3Ni2O7 se asemeja a un pastel en capas, donde el relleno de átomos de níquel y oxígeno se alterna con capas de lantano.

En un cristal ordinario, los átomos están alineados en filas perfectas, como soldados en formación. Cualquier desviación de ese orden se considera perjudicial: el desorden dispersa las ondas y apaga rápidamente los movimientos colectivos de las partículas.

Una pequeña bolita con relleno de hierro descansa sobre una superficie, y a su alrededor gira un campo magnético. La bolita empieza a rodar como una rueda y normalmente va hacia donde gira el campo. Pero a veces, de repente, da la vuelta y rueda en dirección contraria, contra el campo.

Un electrón en un cable ordinario es como un mensajero que lleva a la vez el paquete y la firma del destinatario: su carga y su espín siempre van juntos. Pero si el cable se hace tan delgado como un solo átomo, el mensajero se siente apretado.

Un cristal es como una ciudad donde las casas están alineadas en filas rectas. Pero si el suelo bajo la ciudad se estira ligeramente, las casas pueden inclinarse, y la inclinación se propaga como una ola de manzana en manzana.

En la mayoría de los materiales magnéticos, la pared de dominio —el límite entre regiones con diferente magnetización— se mueve bajo la acción de una corriente en una dirección determinada por el sentido de la corriente.

Los cilios son diminutos pelos en la superficie de las células. Baten como remos y mueven el líquido. En los pulmones, expulsan el polvo y los microbios hacia afuera. Pero su longitud varía: en los humanos miden milésimas de milímetro, mientras que en los ctenóforos alcanzan varios milímetros.

Si comprimes una placa con celdas en forma de acordeón, una onda de pliegue recorrerá su superficie, como un doblez en una alfombra cuando la empujas con el pie. Estas ondas pueden cambiar el material entre dos formas estables, y sobre esto se construye la memoria mecánica. Pero si en el camino del doblez aparece la pata de una mesa, se atasca. En el nuevo trabajo se muestra cómo moverlo sin usar fuerza bruta.

En un cable ordinario, el calor arrastra electrones: es el efecto Seebeck, conocido por los termopares. Pero en los imanes es más complicado: allí los portadores de corriente también tienen espín, es decir, su propio 'peonza'.

Si lanzas una piedra a un estanque, se forman círculos en el agua. En un diminuto cristal magnético también hay ondas, solo que no oscila el agua, sino la dirección de la magnetización. Estas ondas se llaman ondas de espín. Se propagan por el cristal como ondulaciones en la superficie y pueden transportar información.

Una célula solar normal hace una sola cosa: cuando brilla el sol, fluye la corriente. Pero aquí, cuando brilla el sol, la corriente fluye de manera distinta según de qué lado acerques un imán.

En una nube ultrafría, los átomos de potasio se comportan como ondas que pueden superponerse y amplificarse mutuamente, de forma parecida a como las ondas sonoras en un instrumento musical producen un acorde fuerte. Los físicos han aprendido a controlar este proceso variando la fuerza de interacción entre los átomos mediante un campo magnético.

La tapa que chasquea de un tarro de mermelada es la heroína de esta historia. La presionas y, con un chasquido sonoro, salta de la posición convexa a la cóncava. Exactamente así se comporta la viga articulada dentro de cada celda de la nueva rejilla mecánica. Los científicos han montado con estas vigas que chasquean una malla hexagonal, como un panal, pero de placas elásticas.

Una multitud en una estación de metro se mueve más lenta que los individuos: cada uno estorba al vecino. Algo parecido ocurre en una nube densa de átomos magnéticos que se transfieren energía entre sí. Antes se pensaba que la velocidad de transferencia dependía solo de las propiedades de los propios átomos.

Las ondas en los imanes se parecen a las vibraciones de una cuerda: si tocas la cuerda, suena en una sola nota, pero con una excitación fuerte aparecen armónicos: sonidos en frecuencias múltiples.

Inmediatamente después de nacer, el Universo no solo se expandió, sino que se infló a una velocidad inimaginable. Esta etapa, llamada inflación, fue propuesta por Alan Guth. Los nuevos modelos comparan el proceso con inflar un globo a tirones. Si entre tirones el émbolo se detiene un instante, el globo se contrae y produce un fuerte chasquido.

Una solución de azúcar puede torcer la luz, como muchos han visto en experimentos de polarización. Sorprendentemente, un truco parecido se ha descubierto en el propio tejido del cosmos.

Un director dirige una orquesta de miles de millones de músicos y, al mismo tiempo, escucha a cada uno por separado. Algo así es lo que intentan lograr los físicos cuando quieren hacer convivir la luz y los espines de los electrones en un sólido.

Cada hora, cuando las manecillas del reloj se alinean en las doce, algo sucede en la magnetosfera de la Tierra. Como si un director invisible agitara su batuta, y a lo largo de las líneas magnéticas corrieran ondas hacia la superficie. Se las llama perlas: en los registros parecen un collar de cuentas ensartadas en el tiempo.