Cuando algo nos atrae como un imán, lo miramos más de cerca. Cuando los imanes atraen a los físicos, estos adoptan una mirada cuántica.
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 especializado. Además, manipularon con éxito estas regiones mediante la aplicación de un campo eléctrico. Sus hallazgos 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 encuentran los antiferroimanes, que se han convertido en un foco importante para 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 dando como resultado un campo magnético neto. En consecuencia, estos materiales no tienen polos norte y sur distintos ni se comportan como los ferromagnetos tradicionales.
Los antiferroimanes, especialmente aquellos con propiedades cuánticas casi unidimensionales (lo que significa que sus características magnéticas se limitan principalmente a cadenas unidimensionales de átomos) se consideran candidatos potenciales para dispositivos electrónicos y de memoria de próxima generación. Sin embargo, la particularidad de los materiales antiferromagnéticos no reside sólo 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 ha sido 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 materiales magnéticos donde los espines de los átomos se alinean en la misma dirección. Los límites entre estos dominios se denominan muros de dominio.
Dado que los métodos de observación tradicionales resultaron ineficaces, el equipo de investigación echó un vistazo creativo al antiferroimán cuántico casi unidimensional BaCu2Si2oh7. Aprovecharon el dicroísmo direccional no recíproco, un fenómeno en el que la absorción de luz de un material cambia al invertir la dirección de la luz o sus momentos magnéticos. Esto les permitió visualizar dominios magnéticos dentro de BaCu.2Si2oh7lo que revela que dentro de un solo cristal coexisten dominios opuestos y que las paredes de sus dominios se alinean principalmente a lo largo de cadenas atómicas específicas o cadenas de espín.
«Ver para creer y comprender comienza con la observación directa», dijo Kimura. «Estoy encantado de que podamos visualizar los dominios magnéticos de estos antiferromagnetos cuánticos utilizando un microscopio óptico simple».
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 interconectadas. Incluso cuando se movían, las paredes del dominio mantenían su dirección 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 importante paso adelante 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.
«Aplicar este método de observación a varios antiferroimanes cuánticos casi unidimensionales podría proporcionar nuevos conocimientos sobre cómo las fluctuaciones cuánticas afectan la formación y el movimiento de dominios magnéticos, ayudando en el diseño de electrónica de próxima generación que utilice materiales antiferromagnéticos», dijo Kimura.
