La física de sistemas de electrones fuertemente correlacionados
Las correlaciones fuertes entre los electrones se encuentran detrás de propiedades físicas sobresalientes como la superconductividad no convencional y nuevas fases cuánticas debidas a un fuerte acoplamiento espín-órbita. Muchos de estos fenómenos se observan en compuestos y aleaciones de iridio, praseodimio y uranio. Se denominan inestabilidades en la configuración electrónica del estado fundamental. No obstante, la física de estos materiales es tan rica y compleja que no se puede comprender dentro de las teorías convencionales sobre metales y aislantes. Dentro del proyecto COEL (Numerical study of dynamics and magnetic properties of strongly correlated electron systems), un grupo de físicos fue más allá de las descripciones convencionales de los estados electrónicos correlacionados con el fin de comprender sus propiedades exóticas. El equipo de COEL aplicó un método de Monte Carlo cuántico al modelo de niveles resonantes interactuantes (uno de los bancos de pruebas estándar para dichos estudios) con el fin de calcular cualidades físicas como la resistencia eléctrica a temperaturas finitas. Sobre la base de estos cálculos, se propuso un nuevo escenario con fuertes fluctuaciones de carga para explicar los inusuales estados cuasipartícula en compuestos con samario. Para la formación de estados de fermiones pesados inusuales en compuestos de uranio, los científicos de COEL necesitaban un punto de partida más allá del efecto Kondo ordinario. En este sentido, hallaron que la inclusión de un término de dispersión de potencial además de una interacción de intercambio ferromagnético de espín localizado y electrones de conducción daba como resultado una reducción de la resistividad al disminuir la temperatura. En el transcurso del proyecto, los científicos también estudiaron la relajación del espín inducida por el acoplamiento espín-órbita en metales y semiconductores. Los dos mecanismos más importantes, los llamados mecanismos de Elliott-Yafet y D’yahkonov-Perel, se unificaron mediante un modelo de pseudopotenciales desarrollado para semiconductores con estructura cristalina cinc-blenda. Finalmente, se formuló una teoría para permitir la determinación del acoplamiento hiperfino de electrones-núcleos a partir de los datos experimentales. Esta estructura hiperfina se debe a la interacción magnética del núcleo con los electrones mediante mecanismos como el contacto de Fermi y la polarización del núcleo y desempeña un papel fundamental en el transporte de espín que se aprovecha para la espintrónica. Los avances en la comprensión de los sistemas con electrones fuertemente correlacionados mediante técnicas eficientes de simulación de Monte Carlo, combinados con la física de sistemas de muchos cuerpos, surtirán efecto más allá de la electrónica moderna. Los hallazgos del proyecto COEL se pueden aprovechar mediante la ingeniería para mejorar el rendimiento de celdas solares, baterías y celdas de combustible, lo que requiere un conocimiento de la electroquímica en el nivel atómico.
Palabras clave
Sistemas de electrones fuertemente correlacionados, superconductividad no convencional, Monte Carlo cuántico, espintrónica
