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Miércoles, 11 mayo 2016
Ciencia de los Materiales

Descubren un inesperado fenómeno magnético con aplicaciones potenciales hasta ahora impensables

El hallazgo de un nuevo e inesperado efecto magnético ha tomado por sorpresa a sus descubridores, y podría abrir una nueva vía hacia el desarrollo de dispositivos electrónicos avanzados e incluso hacia una arquitectura de computación cuántica robusta.

 

El hallazgo atañe a una familia de materiales llamados aislantes topológicos que han atraído mucho interés en años recientes. Las novedosas propiedades electrónicas de estos materiales podrían llevar algún día a nuevas generaciones de dispositivos electrónicos, o espintrónicos, o de computación cuántica. La espintrónica difiere de la electrónica en que, mientras que los circuitos electrónicos hacen circular a los electrones gracias a su carga, los circuitos espintrónicos funcionarían basándose en el espín, otra propiedad de los electrones. Gracias a ello, operaciones típicas de la circuitería clásica, como la conmutación (el mecanismo que produce los ceros y los unos del código binario) podrían ser realizadas más deprisa y usando menos energía.

 

Los aislantes topológicos se comportan como aislantes ordinarios en su interior, bloqueando el flujo de los electrones, pero su superficie exterior es un conductor casi perfecto, permitiendo que los electrones se muevan libremente por ella. El confinamiento de electrones en esta superficie tan delgada los hace comportarse de formas únicas.

 

Sin embargo, aprovechar el potencial de estos materiales exige superar primero una serie de obstáculos, uno de los cuales es encontrar una forma de combinar un aislante topológico con un material que tenga propiedades magnéticas controlables. Ahora, gracias al citado hallazgo de un nuevo e inesperado efecto magnético, unos investigadores han hallado una forma de superar ese obstáculo.

 

El equipo internacional de Jagadeesh Moodera, Ferhat Katmis y Pablo Jarillo-Herrero, del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), en Cambridge, Estados Unidos, pudo unir entre sí varias capas moleculares de un material aislante topológico llamado seleniuro de bismuto con una capa ultrafina de un material magnético, el sulfuro de europio. El material bicapa resultante retiene todas las propiedades electrónicas exóticas de un aislante topológico y las capacidades de magnetización completas del sulfuro de europio.

 

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Las flechas indican la dirección del espín en el aislante ferromagnético (sulfuro de europio, mostrado en rojo) y en el aislante topológico (seleniuro de bismuto, en azul), en la interfase entre los dos materiales. (Imagen: Ferhat Katmis)

 

Pero la gran sorpresa ha sido la estabilidad de ese efecto. Se sabía que en el sulfuro de europio puro la capacidad de mantener un estado magnético se conserva solo a temperaturas extremadamente bajas, apenas 17 grados por encima del cero absoluto (17 K). Sin embargo, el material combinado mantiene esas características en una franja de temperaturas mucho más amplia, que alcanza incluso a la temperatura ambiente normal. Este rasgo puede resultar decisivo a la hora de escoger el diseño para nuevos dispositivos de utilidad práctica y uso amplio, así como para iniciar investigaciones en lo que se perfila como un área nueva de fenómenos físicos básicos.

 

El efecto magnético a temperatura ambiente visto en la reciente investigación, fue, en palabras de Moodera, algo que nadie del equipo esperaba ni remotamente.

 

El hallazgo podría constituir un paso adelante en el camino hacia el aprovechamiento práctico de nuevos tipos de interacciones magnéticas en las interfases (zonas de unión) entre materiales, con una estabilidad que podría desembocar en dispositivos de memoria magnética capaces de almacenar información al nivel de moléculas individuales.

 

El efecto, que los investigadores denominan magnetismo inducido por proximidad, podría asimismo dar pie a una nueva gama de aparatos espintrónicos. E incluso proporcionar el primer modo práctico de producir una clase de partículas llamadas fermiones de Majorana, pronosticados por los físicos pero que no se han observado aún de forma convincente. Eso a su vez podría ayudar al desarrollo de computadoras cuánticas de una manera más eficaz.

 

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