Cuando algo nos atrae como un imán, miramos más de cerca. Cuando los físicos atraen imanes, parecen cuánticos.
Científicos de la Universidad Metropolitana de Osaka y la Universidad de Tokio han utilizado con éxito la luz para visualizar pequeñas regiones magnéticas, conocidas como dominios magnéticos, en un material cuántico especial. Además, conectaron con éxito estas regiones mediante un campo eléctrico. Sus resultados ofrecen nuevos conocimientos sobre el complejo comportamiento de los materiales magnéticos a nivel cuántico, allanando el camino para futuros avances tecnológicos.
La mayoría de nosotros estamos familiarizados con los imanes que se adhieren a superficies metálicas. Pero ¿qué pasa con aquellos que no lo hacen? Entre ellos se incluyen los antiferroimanes, que se han convertido en el foco de atención de los desarrolladores de tecnología en todo el mundo.
Los antiferromagnetos son materiales magnéticos en los que las fuerzas magnéticas, o espines, apuntan en direcciones opuestas, anulándose entre sí y no generando un campo magnético neto. En consecuencia, estos materiales no tienen polos norte y sur distintos ni se comportan como ferromagnetos convencionales.
Los antiferroimanes, especialmente aquellos con propiedades cuánticas casi unidimensionales, es decir, sus propiedades magnéticas se limitan esencialmente a cadenas unidimensionales de átomos, se consideran candidatos potenciales para la electrónica y los dispositivos de memoria de próxima generación. Sin embargo, la especificidad de los materiales antiferromagnéticos no radica solo en su falta de atracción por las superficies metálicas, y estudiar estos materiales prometedores pero desafiantes no es una tarea fácil.
“Observar dominios magnéticos en materiales antiferromagnéticos cuánticos casi unidimensionales es difícil debido a sus bajas temperaturas de transición magnética y pequeños momentos magnéticos”, dijo Kenta Kimura, profesor asociado de la Universidad Metropolitana de Osaka y autor principal del estudio.
Los dominios magnéticos son pequeñas regiones dentro de un material magnético donde los espines de los átomos están alineados en la misma dirección. Los límites entre estos dominios se denominan muros de dominio.
Como los métodos de observación convencionales resultaron ineficaces, el equipo de investigación echó un vistazo creativo al antiferroimán cuántico unidimensional BaCu.2Y2Oh7. Aprovecharon el dicroísmo direccional asimétrico, un fenómeno en el que la absorción de luz de un material cambia cuando se invierte la dirección de la luz o sus momentos magnéticos. Esto les permitió visualizar dominios magnéticos dentro de BaCu.2Y2Oh7que muestra que dentro del mismo cristal coexisten dominios opuestos y que las paredes de sus dominios están asociadas principalmente con cadenas atómicas específicas o cadenas de espín.
“Ver para creer y comprender comienza con la observación directa”, dijo Kimura. “Estoy muy contento de que podamos observar los dominios magnéticos de estos antiferromagnetos cuánticos utilizando un simple microscopio óptico”.
El equipo también demostró que estas paredes de dominio se pueden mover mediante un campo eléctrico, gracias a un fenómeno llamado acoplamiento magnetoeléctrico, donde las propiedades magnéticas y eléctricas están vinculadas. Incluso cuando se movían, las paredes del dominio mantenían su orientación original.
“Este método de microscopía óptica es sencillo y rápido, y potencialmente permitirá la visualización en tiempo real de las paredes de los dominios en movimiento en el futuro”, dijo Kimura.
Este estudio marca un paso importante en la comprensión y manipulación de materiales cuánticos, abriendo nuevas posibilidades para aplicaciones tecnológicas y explorando nuevas fronteras en la física que podrían conducir al desarrollo de futuros dispositivos y materiales cuánticos.
“La aplicación de este método de observación a diferentes antiferroimanes cuánticos unidimensionales puede proporcionar nuevos conocimientos sobre cómo las fluctuaciones cuánticas afectan la formación y el movimiento de dominios magnéticos en materiales antiferromagnéticos”, dijo Kimura, que ayudará a diseñar dispositivos electrónicos de próxima generación.
