Nueva forma de magnetismo demostrada experimentalmente
Experimentos en el Swiss Light Source (SLS) han demostrado la existencia de una rama del magnetismo que supone una nueva física fundamental, con importantes implicaciones para la espintrónica.
El descubrimiento experimental del 'alternagentismo' se presenta en la revista Nature.
El magnetismo es mucho más que cosas que se pegan al frigorífico. Esta comprensión llegó con el descubrimiento de los antiferroimanes hace casi un siglo. Desde entonces, la familia de materiales magnéticos se ha dividido en dos fases fundamentales: la rama ferromagnética conocida desde hace varios milenios y la rama antiferromagnética.
La prueba experimental de una tercera rama del magnetismo, denominada altermagnetismo, se realizó en el SLS, gracias a una colaboración internacional dirigida por la Academia Checa de Ciencias junto con el Instituto Paul Scherrer (PSI).
Las fases magnéticas fundamentales están definidas por las disposiciones espontáneas específicas de los momentos magnéticos (o espines de los electrones) y de los átomos que transportan los momentos en los cristales.
Los ferromagnetos son el tipo de imanes que se adhieren al frigorífico: aquí los espines apuntan en la misma dirección, dando un magnetismo macroscópico. En los materiales antiferromagnéticos, los espines apuntan en direcciones alternas, con el resultado de que los materiales no poseen magnetización neta macroscópica y, por lo tanto, no se adhieren al frigorífico. Aunque se han categorizado otros tipos de magnetismo, como el diamagnetismo y el paramagnetismo, estos describen respuestas específicas a campos magnéticos aplicados externamente en lugar de ordenamientos magnéticos espontáneos en los materiales.
Los alterimanes tienen una combinación especial de disposición de espines y simetrías cristalinas. Los espines se alternan, como en los antiferroimanes, lo que no produce magnetización neta. Sin embargo, en lugar de simplemente cancelarse, las simetrías dan una estructura de banda electrónica con una fuerte polarización de espín que cambia de dirección a medida que se pasa a través de las bandas de energía del material; de ahí el nombre de alterimanes. Esto da como resultado propiedades muy útiles más parecidas a las de los ferroimanes, así como algunas propiedades completamente nuevas.
Este tercer hermano magnético ofrece distintas ventajas para el campo en desarrollo de la tecnología de memoria magnética de próxima generación, conocida como espintrónica. Mientras que la electrónica utiliza únicamente la carga de los electrones, la espintrónica también aprovecha el estado de espín de los electrones para transportar información.
Aunque la espintrónica lleva algunos años prometiendo revolucionar las tecnologías de la información, todavía está en su infancia. Normalmente, se han utilizado ferromagnetos para tales dispositivos, ya que ofrecen ciertos fenómenos físicos dependientes del espín fuertes y muy deseables. Sin embargo, la magnetización neta macroscópica que es útil en tantas otras aplicaciones plantea limitaciones prácticas a la escalabilidad de estos dispositivos, ya que provoca interferencias entre bits (los elementos que transportan información en el almacenamiento de datos).
Más recientemente, se han investigado los antiferroimanes para la espintrónica, ya que se benefician de no tener magnetización neta y, por lo tanto, ofrecen ultraescalabilidad y eficiencia energética. Sin embargo, faltan los fuertes efectos dependientes del espín que son tan útiles en los ferroimanes, lo que dificulta nuevamente su aplicabilidad práctica.
Aquí entran los alterimanes con lo mejor de ambos: magnetización neta cero junto con los codiciados fenómenos fuertes dependientes del espín que se encuentran típicamente en los ferroimanes, méritos que se consideraban principalmente incompatibles.
"Ésa es la magia de los alterimanes", afirma Tomas Jungwirth, del Instituto de Física de la Academia Checa de Ciencias, investigador principal del estudio. "Algo que la gente creía que era imposible hasta que recientes predicciones teóricas [mostraron que] es de hecho posible".
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