Los investigadores han obtenido la primera evidencia concluyente de una elusiva tercera clase de magnetismollamado altermagnetismo. Sus hallazgos, publicados el 11 de diciembre en la revista Naturalezapodría revolucionar el diseño de nuevos dispositivos de memoria magnética de alta velocidad y proporcionar la pieza que falta en el desarrollo de mejores superconductor materiales.
«Hasta ahora teníamos dos tipos de magnetismo bien establecidos», autor del estudio Oliver Amindijo a WordsSideKick.com un investigador postdoctoral de la Universidad de Nottingham en el Reino Unido. «El ferromagnetismo, donde los momentos magnéticos, que se pueden imaginar como pequeñas flechas de una brújula en la escala atómica, apuntan todos en la misma dirección. Y el antiferromagnetismo, donde los momentos magnéticos vecinos apuntan en direcciones opuestas; se puede imaginar más como un tablero de ajedrez de alternando azulejos blancos y negros.»
Los espines de los electrones dentro de una corriente eléctrica deben apuntar en una de dos direcciones y pueden alinearse con o contra estos momentos magnéticos para almacenar o transportar información, formando la base de los dispositivos de memoria magnética.
Una nueva forma de magnetismo
Materiales altermagnéticos, teorizado por primera vez en 2022tienen una estructura que se sitúa en algún punto intermedio. Cada momento magnético individual apunta en dirección opuesta a su vecino, como en un material antiferromagnético. Pero cada unidad está ligeramente torcida en relación con este átomo magnético adyacente, lo que da como resultado algunas propiedades similares a las ferromagnéticas.
Los altermagnets, por tanto, combinan las mejores propiedades de los materiales ferromagnéticos y antiferromagnéticos. «El beneficio de los ferromagnetos es que tenemos una manera fácil de leer y escribir en la memoria usando estos dominios arriba o abajo», coautor del estudio. Alfred Dal Dindijo a WordsSideKick.com un estudiante de doctorado también de la Universidad de Nottingham. «Pero debido a que estos materiales tienen un magnetismo neto, esa información también es fácil de perder al pasar un imán sobre ellos».
Por el contrario, los materiales antiferromagnéticos son mucho más difíciles de manipular para almacenar información. Sin embargo, debido a que tienen un magnetismo neto cero, la información contenida en estos materiales es mucho más segura y más rápida de transportar. «Los altermagnets tienen la velocidad y la resistencia de un antiferromagnético, pero también tienen esta importante propiedad de los ferromagnetos llamada ruptura de simetría por inversión de tiempo», dijo Dal Din.
Esta propiedad alucinante analiza la simetría de los objetos que se mueven hacia adelante y hacia atrás en el tiempo. «Por ejemplo, las partículas de gas vuelan, chocan aleatoriamente y llenan el espacio», dijo Amin. «Si rebobinas el tiempo, ese comportamiento no parece diferente».
Esto significa que la simetría se conserva. Sin embargo, debido a que los electrones poseen tanto un espín cuántico como un momento magnético, invertir el tiempo (y, por lo tanto, la dirección de viaje) invierte el espín, lo que significa que se rompe la simetría. «Si observas esos dos sistemas de electrones, uno en el que el tiempo avanza normalmente y otro en el que estás rebobinando, se ven diferentes, por lo que la simetría se rompe», explicó Amin. «Esto permite que existan ciertos fenómenos eléctricos».
Encontrar ‘el eslabón perdido’ de la superconductividad
El equipo -dirigido por Peter Wadleyprofesor de física en la Universidad de Nottingham, utilizó una técnica llamada microscopía electrónica de fotoemisión para obtener imágenes de la estructura y las propiedades magnéticas del telururo de manganeso, un material que antes se creía antiferromagnético.
«Se iluminan diferentes aspectos del magnetismo dependiendo de la polarización de los rayos X que elijamos», dijo Amin. La luz polarizada circularmente reveló los diferentes dominios magnéticos creados por la ruptura de la simetría de inversión del tiempo, mientras que los rayos X polarizados horizontal o verticalmente permitieron al equipo medir la dirección de los momentos magnéticos en todo el material. Combinando los resultados de ambos experimentos, los investigadores crearon el primer mapa de los diferentes dominios y estructuras magnéticos dentro de un material altermagnético.
Con esta prueba de concepto implementada, el equipo fabricó una serie de dispositivos altermagnéticos manipulando las estructuras magnéticas internas mediante una técnica de ciclo térmico controlado.
«Pudimos formar estas exóticas texturas de vórtice en dispositivos tanto hexagonales como triangulares», dijo Amin. «Estos vórtices están ganando cada vez más atención en la espintrónica como posibles portadores de información, por lo que este fue un buen primer ejemplo de cómo crear un dispositivo práctico».
Los autores del estudio dijeron que el poder de generar imágenes y controlar esta nueva forma de magnetismo podría revolucionar el diseño de dispositivos de memoria de próxima generación, con mayores velocidades operativas y mayor resistencia y facilidad de uso.
«El altermagnetismo también ayudará al desarrollo de la superconductividad», afirmó Dal Din. «Durante mucho tiempo, ha habido un agujero en las simetrías entre estas dos áreas, y esta clase de material magnético que ha permanecido esquivo hasta ahora resulta ser el eslabón perdido en el rompecabezas».
