Cuando algo nos atrae como un imán, lo miramos más de cerca. Cuando los físicos atraen los imanes, adquieren una apariencia 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 especial. Además, manipularon con éxito estas regiones aplicando un campo eléctrico. Sus hallazgos proporcionan 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? Estos incluyen 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. Como resultado, 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 propiedades magnéticas se limitan esencialmente a cadenas unidimensionales de átomos) se consideran candidatos potenciales para dispositivos electrónicos y de memoria de próxima generación. Sin embargo, la singularidad de los materiales antiferromagnéticos no reside únicamente 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 su baja temperatura de transición magnética y su pequeño momento magnético”, 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 se alinean en la misma dirección. Los límites entre estos dominios se denominan muros de dominio.
Como los métodos de observación tradicionales resultaron ineficaces, el equipo de investigación echó un vistazo creativo al antiferroimán cuántico casi unidimensional BaCu.2Y2Y7. Aprovecharon la birrefringencia direccional no recíproca, un fenómeno en el que la absorción de luz de un material cambia en la dirección opuesta a la luz o su momento magnético. Esto les permitió visualizar los dominios magnéticos dentro de BaCu.2Y2Y7revela que dominios opuestos coexisten en un solo cristal y que las paredes de sus dominios están alineadas principalmente con 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 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 se entrelazan. Incluso cuando se mueven, las paredes del dominio mantienen su dirección original.
“Este método de microscopía óptica es sencillo y rápido, y potencialmente permitirá la visualización continua en tiempo real de las paredes del dominio 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.
“Aplicar este método de observación a varios antiferroimanes cuánticos casi unidimensionales puede proporcionar nuevos conocimientos sobre cómo las fluctuaciones cuánticas afectan la estructura y el movimiento de los dominios magnéticos, ayudando en el diseño de electrónica de próxima generación que utilice materiales antiferromagnéticos”, dijo Kimura.