Абстрактний концепт-арт із двома веселковими стрілками Абстрактний концептуальний малюнок, що показує, як працює альтермагнетизм / Алекс Спід
Unos investigadores han hallado pruebas de la existencia de una tercera clase de magnetismo — altermagnetismo. El descubrimiento permitirá crear accionamientos magnéticos de alta velocidad y facilitará el desarrollo de superconductores.
«Antes teníamos dos tipos de magnetismo bien conocidos. El ferromagnetismo, en el que los momentos magnéticos, que pueden considerarse pequeñas manecillas de brújula a escala atómica, apuntan todos en la misma dirección. Y luego está el antiferromagnetismo, en el que los momentos magnéticos adyacentes apuntan en direcciones opuestas —se puede pensar que es más como un tablero de ajedrez de casillas blancas y negras alternadas»», dice el autor del estudio, Oliver Amin, estudiante de doctorado en la Universidad de Nottingham (Reino Unido).
Los espines de los electrones de una corriente eléctrica apuntan en una de dos direcciones y pueden alinearse a lo largo de estos momentos magnéticos o en sentido opuesto para almacenar o transferir información, lo que constituye la base de los dispositivos de memoria magnética.
Los materiales altemagnéticos, creados en 2022, tienen una estructura intermedia. Cada momento magnético apunta en dirección opuesta a su vecino, como en un material antiferromagnético. Pero cada uno de ellos está ligeramente torcido con respecto al átomo magnético vecino, lo que da lugar a nuevas propiedades ferromagnéticas. Se combinan las mejores propiedades de los materiales ferromagnéticos y antiferromagnéticos.
«La ventaja de los ferromagnetos es que tenemos una forma fácil de leer y escribir datos en la memoria utilizando estos dominios superiores o inferiores. Pero como estos materiales tienen magnetismo puro, esta información también puede perderse fácilmente por el tacto de un imán»», afirma Alfred Dal Dean, coautor del estudio y estudiante de doctorado en la Universidad de Nottingham.
Por el contrario, los materiales antiferromagnéticos son mucho más difíciles de manipular para almacenar información. Al tener magnetismo cero, almacenar información en estos materiales es mucho más seguro y la velocidad de transferencia es mejor.
Aunque los altermagnetos tienen la velocidad y estabilidad de los antiferromagnetos, también tienen una importante propiedad de los ferromagnetos, llamada inversión de la simetría temporal. Es decir, si fuera posible rebobinar los acontecimientos en el tiempo, las partículas se comportarían de la misma manera. Sin embargo, como los electrones tienen espín cuántico y momento magnético, una inversión imaginaria del tiempo y de la dirección del movimiento invierte la rotación, es decir, se rompe la simetría.
«Si se observan estos dos sistemas electrónicos — uno en el que el tiempo transcurre normalmente y otro en el que se rebobina — tienen un aspecto diferente, por lo que se rompe la simetría. Esto permite que existan ciertos fenómenos eléctricos»», explicó Oliver Amin.
El equipo, dirigido por Peter Wadley, catedrático de Física de la Universidad de Nottingham, utilizó una técnica denominada microscopía electrónica de fotoemisión para obtener imágenes de la estructura y las propiedades magnéticas del telururo de manganeso, un material que hasta entonces se creía antiferromagnético.
La luz polarizada circularmente reveló los distintos dominios magnéticos creados por la ruptura de la simetría temporal, mientras que los rayos X polarizados horizontal o verticalmente permitieron medir la dirección de los momentos magnéticos en todo el material. Al combinar los resultados de ambos experimentos, los investigadores crearon el primer mapa de dominios y estructuras magnéticos distintivos en un material altermagnético.
Con esta prueba de concepto, el equipo fabricó una serie de dispositivos altermagnéticos manipulando las estructuras magnéticas internas mediante una técnica de ciclos térmicos controlados.
«Pudimos formar estas exóticas texturas de vórtices tanto en dispositivos hexagonales como triangulares. Estos vórtices atraen cada vez más la atención de la espintrónica como potenciales portadores de información, así que este fue un buen primer ejemplo de cómo crear un dispositivo» funcional», afirma Oliver Amin.
Los autores del estudio sostienen que la capacidad de visualizar y controlar esta nueva forma de magnetismo podría revolucionar el diseño de la próxima generación de dispositivos de memoria, con mayores velocidades de funcionamiento y mayor durabilidad y facilidad de uso. El alternamagnetismo también ayudará al desarrollo de la superconductividad: «Durante mucho tiempo, ha habido un agujero en la simetría entre estos dos campos, y esta clase de materiales magnéticos, que ha permanecido esquiva, ha sido el eslabón perdido del rompecabezas,» señala Alfred Dal Dean. El estudio se publica en la revista Nature.
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Fuente: Space.com