Demuestran la existencia de una nueva clase de magnetismo: “altermagnetismo”

Los materiales magnéticos son esenciales para nuestra tecnología, desde discos duros hasta microchips.

Cuando creíamos que lo sabíamos todo sobre el magnetismo, una nueva faceta de la materia entra en juego.

Un equipo de científicos han identificado un tipo completamente nuevo de magnetismo que podría cambiar las reglas del juego: el altermagnetismo.

Esta nueva forma de magnetismo es distinta de las ya conocidas, como el ferromagnetismo, el diamagnetismo y el paramagnetismo, y combina características únicas que abren la puerta a dispositivos más rápidos y eficientes.

En los materiales ferromagnéticos, los momentos magnéticos de los átomos están alineados en la misma dirección, lo que produce una magnetización neta fuerte.

En contraste, los materiales paramagnéticos tienen momentos magnéticos que, aunque no están alineados en ausencia de un campo externo, se orientan temporalmente cuando dicho campo está presente.

Por su parte, los materiales diamagnéticos generan una débil magnetización en sentido opuesto al campo aplicado, sin tener momentos magnéticos intrínsecos.

El altermagnetismo se presenta como una revolución conceptual en la física del magnetismo.

En este tipo de materiales, los momentos magnéticos están dispuestos de forma antiparalela, pero con una peculiaridad: la estructura cristalina que alberga cada momento está rotada respecto a la de sus vecinos.

Este patrón genera propiedades completamente nuevas, ausentes en el ferromagnetismo y antiferromagnetismo convencionales.

Una de sus características más llamativas es la ausencia de magnetización neta.

A pesar de ello, los altermagnéticos son capaces de manipular corrientes de espín, lo que los convierte en candidatos ideales para la espintrónica, una tecnología que usa el espín de los electrones en lugar de su carga eléctrica para procesar información.

Esta combinación de estabilidad frente a interferencias externas y control preciso del espín marca un antes y un después en el diseño de materiales funcionales.

Los dispositivos magnéticos tradicionales suelen depender de materiales tóxicos y costosos, como el cobalto o el níquel.

El uso de materiales altermagnéticos podría reducir esta dependencia, ya que son más sostenibles y eficientes.

Incluso este nuevo magnetismo tiene el potencial de incrementar la velocidad de los dispositivos digitales hasta mil veces, un avance sin precedentes en áreas como la inteligencia artificial o el almacenamiento de datos.

Otro beneficio crucial radica en su compatibilidad con otras tecnologías avanzadas, como los superconductores y los aislantes topológicos.

Un detalle que permitiría el desarrollo de dispositivos híbridos con propiedades únicas, combinando escalabilidad con eficiencia energética.

En palabras del profesor Wadley, el altermagnetismo es “antiferromagnetismo con un giro, pero con enormes ramificaciones tecnológicas”.

Para confirmar la existencia del altermagnetismo, los investigadores utilizaron un material llamado MnTe (telururo de manganeso).

En el laboratorio internacional MAX IV, en Suecia, emplearon rayos X para analizar la disposición de los momentos magnéticos.

Estos experimentos les procuro la posibilidad de generar imágenes detalladas a escalas nanométricas.

El doctor Oliver Amin, quien lideró la parte experimental, destacó la importancia del logro:

“Nuestro trabajo experimental ha conectado conceptos teóricos con aplicaciones reales, iluminando el camino hacia el desarrollo de materiales altermagnéticos para usos prácticos“.

Gracias a estas técnicas, los investigadores pudieron observar y manipular configuraciones complejas, como vórtices magnéticos y paredes de dominio, con un nivel de precisión sin precedentes.

En 2022, los investigadores L. Šmejkal, J. Sinova y T. Jungwirth introdujeron el concepto de altermagnetismo como una nueva clase de orden magnético que combina las ventajas del ferromagnetismo y el antiferromagnetismo.

Describieron cómo esta fase magnética rompe la simetría de reversión temporal sin generar magnetización neta.

En lugar de depender de alineamientos lineales de los momentos magnéticos, como en los ferromagnetos, el altermagnetismo introduce un patrón estructural único en el que los momentos están dispuestos de forma antiparalela, pero con subretículas rotadas respecto a sus vecinas.

Este patrón habilita propiedades extraordinarias, como la conducción de corrientes de espín sin pérdidas significativas y la resistencia a perturbaciones externas​.

Los altermagnéticos podrían reemplazar materiales ferromagnéticos convencionales en dispositivos electrónicos, lo que aumentaría la eficiencia energética y reduciría la dependencia de materiales raros y tóxicos.

Además, destacaron la compatibilidad del altermagnetismo con fases electrónicas avanzadas, como superconductores y materiales topológicos, abriendo el camino para el desarrollo de dispositivos híbridos y escalables en el campo de la espintrónica y la computación cuántica​.

A pesar del impacto teórico de los estudios de 2022, hasta ahora el altermagnetismo solo había sido demostrado a través de simulaciones y mediciones indirectas.

El nuevo artículo representa un avance crucial al proporcionar la primera evidencia experimental directa de esta fase magnética.

Este logro valida las predicciones teóricas y extiende su alcance al permitir el mapeo y control de configuraciones magnéticas complejas, como vórtices y paredes de dominio​​.

Lo más relevante de este nuevo trabajo es la demostración del control de estas configuraciones magnéticas mediante microestructuras diseñadas y ciclos térmicos.

Este nivel de manipulación no solo confirma la existencia del altermagnetismo, sino que también allana el camino para su integración en dispositivos tecnológicos.

Así, este artículo conecta la teoría con aplicaciones prácticas, marcando un hito en el desarrollo de nuevos materiales funcionales.

El impacto del altermagnetismo va más allá de la física fundamental.

En el ámbito de la espintrónica, por ejemplo, combina lo mejor de los ferromagnetos (su capacidad para leer y escribir datos) con la estabilidad de los antiferromagnetos.

Esto podría traducirse en dispositivos más robustos, capaces de operar en entornos extremos o con mayor durabilidad.

Por otra parte, este tipo de magnetismo podría jugar un papel crucial en la tecnología cuántica.

La posibilidad de integrar altermagnéticos con superconductores, esenciales para el desarrollo de computadoras cuánticas, es una de las áreas más prometedoras que podrían explorarse gracias a este descubrimiento.

El MnTe, uno de los primeros materiales estudiados en el campo del altermagnetismo, ha demostrado ser ideal para investigar este fenómeno.

Este material no solo es relativamente abundante, sino que también presenta una estructura cristalina que facilita la observación y manipulación de las texturas magnéticas.

En su estudio, los investigadores controlaron configuraciones a distintas escalas, desde microscopía de vectores magnéticos hasta patrones más grandes y uniformes.

Estas herramientas permitieron analizar cómo los momentos magnéticos se organizan en dominios y cómo pueden ser manipulados mediante procesos de enfriamiento controlado y patrones microestructurados.

Esto abre la puerta a aplicaciones que abarcan desde dispositivos neuromórficos hasta sistemas de almacenamiento con densidades inigualables.

Fuente: Nature