Efecto Barnett Nuclear, o el efecto de la magnetización mecánica

Resumen

En la electrónica convencional, el acoplamiento entre la dinámica de las cargas eléctricas y el movimiento mecánico, como rotación o vibración, es muy bien conocido. Aparatos como los sensores piezoeléctricos, que convierten rotaciones o vibraciones en corriente, o motores que hacen el proceso inverso son relativamente conocidos. 

Por otro lado, diversos estudios tratan de acoplar la espintrónica (el estudio del espín de los electrones y su momento magnético asociado, adicional a su carga eléctrica) a los movimientos mecánicos. Recientes trabajos usando centros de color en cristales de diamantes demostraron este acople entre el momento angular de espín de ciertas partículas y los movimientos traslacionales1 o rotacionales2,3. Estos estudios tienen gran importancia en las ciencias de metrología e información cuántica, donde la interacción entre los grados de libertad de espín y mecánicos se usan para mediar y cuantizar los fenómenos. 

Si bien pareciera que acoplar el momento angular de espín con el momento angular orbital es algo novedoso, esto se empezó a considerar desde principios del siglo 20. En 1915, Samuel Barnett fue el primero en observar que un cilindro ferromagnético rotado a altas velocidades sobre su eje principal se magnetizaba a través del eje de rotación4. Este fenómeno, denominado efecto Barnett, es causado por el acoplamiento entre el momento angular de espín de los electrones en la muestra y el movimiento rotacional del cilindro. 

En el experimento que voy a detallarles en este seminario se demostró el efecto Barnett nuclear al rotar una muestra de agua a velocidades de rotación de hasta 13.5 kHz en un campo magnético débil5. Se observó un cambio en la polarización de los protones en la muestra que es proporcional a la frecuencia de rotación. Se midió la polarización observando un cambio en el tamaño de una señal de Resonancia Magnética Nuclear (RMN).

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