Un equipo internacional de físicos ha logrado algo que hasta hace muy poco sonaba a teoría lejana. Han visto y controlado por primera vez un nuevo tipo de magnetismo, el altermagnetismo, considerado ya la tercera gran familia magnética junto al ferromagnetismo y el antiferromagnetismo. El trabajo se ha hecho con películas ultrafinas de telururo de manganeso en el sincrotrón MAX IV de Suecia y se ha publicado en la revista Nature.
¿Por qué importa algo tan abstracto como una nueva forma de orden magnético? Porque los imanes están en el corazón de casi toda la electrónica moderna, desde la memoria de los ordenadores hasta los servidores de los centros de datos que consumen tanta electricidad como países enteros. Hacer esos dispositivos más rápidos y más eficientes significa menos consumo eléctrico, menos presión sobre la red y, en buena parte, menos emisiones de CO₂ asociadas.
Tres maneras de ser imán
En casa vemos sobre todo imanes ferromagnéticos. Son los clásicos que pegan notas en la puerta del frigorífico. En estos materiales muchos electrones se alinean en la misma dirección y crean un campo magnético neto, fácil de detectar y de usar.
En los materiales antiferromagnéticos pasa algo más sutil. Los momentos magnéticos apuntan en direcciones opuestas y se cancelan. Desde fuera apenas se nota nada, aunque por dentro haya un orden muy estricto.
El altermagnetismo se sitúa a medio camino. Igual que en los antiferromagnetos, los momentos magnéticos se compensan. Sin embargo, el cristal está “retorcido” de forma que los electrones con espines opuestos no se comportan igual. Eso genera efectos de espín muy fuertes sin campo magnético global, algo que la teoría llevaba tiempo pronosticando.
El físico Peter Wadley lo resume de manera gráfica al describir estos materiales como “antiferromagnetismo con un giro”. Esa pequeña diferencia en cómo se ordena el cristal tiene consecuencias enormes en cómo circulan las corrientes de espín dentro del material.
Ver remolinos magnéticos a escala nanométrica
El nuevo trabajo se ha centrado en una película de apenas unos treinta nanómetros de grosor de telururo de manganeso, un material clave en la investigación sobre altermagnetos. Es muchísimo más fina que un cabello humano. Sobre esa lámina el equipo ha dibujado microestructuras con formas sencillas como hexágonos y triángulos.
En el sincrotrón MAX IV se aceleran electrones en un gran anillo metálico. Esa máquina genera rayos X muy intensos. Los investigadores han iluminado la película con rayos X polarizados y han observado los electrones que salen disparados de la superficie con un microscopio especial. Combinando diferentes tipos de dicroísmo magnético, han reconstruido mapas del orden altermagnético con resolución nanométrica.
Lo interesante es que no solo han “mirado”. También han aprendido a manipular el material. Ajustando el diseño de esas microfiguras y enfriando la muestra bajo un campo magnético controlado, han logrado crear a propósito vórtices y dominios magnéticos bien definidos, desde remolinos de unos cientos de nanómetros hasta zonas únicas de varios micrómetros. Es decir, ya no se trata de una curiosidad teórica, sino de algo que se puede diseñar y repetir.
El investigador Oliver Amin explica que su “trabajo experimental sirve de puente entre la teoría y la vida real” al mostrar cómo manejar estos estados magnéticos en dispositivos microscópicos.
Qué tiene que ver todo esto con la factura de la luz
Puede que te preguntes qué pinta todo esto en un contexto de medio ambiente y sostenibilidad. La respuesta está en los bits. La mayoría de memorias y muchos chips modernos dependen de materiales magnéticos. El comunicado de la Universidad de Nottingham señala que el sector de la electrónica y la memoria magnética es ya una fuente importante de emisiones globales.
Los altermagnetos combinan las ventajas de los ferromagnetos y de los antiferromagnetos en un único material. Según el equipo, podrían permitir memorias y componentes hasta mil veces más rápidos que los actuales, con dispositivos más robustos y que gastan menos energía. Además, sería posible reducir el uso de elementos pesados y tóxicos muy presentes en las tecnologías magnéticas convencionales.
Esto se cruza con otra realidad. Los centros de datos que alimentan nuestra vida digital consumen en torno a un uno o uno y medio por ciento de la electricidad mundial y la Agencia Internacional de la Energía prevé que su demanda podría duplicarse de aquí a dos mil treinta si no se actúa.
En la práctica esto significa más presión sobre las redes eléctricas, más centrales de respaldo y más emisiones si la electricidad no procede de renovables. Cada mejora en eficiencia de memoria y procesadores ayuda. No va a resolver sola la crisis climática, pero forma parte del mismo puzle que la expansión de las renovables, el almacenamiento y el ahorro de energía.
Un campo que empieza ahora
El trabajo en telururo de manganeso muestra que se pueden ver y controlar “texturas” altermagnéticas complejas, desde remolinos hasta dominios únicos, algo que abre la puerta a nuevas arquitecturas de memoria y a dispositivos espintrónicos muy compactos. La propia revista Nature subraya que este tipo de materiales podría conectar fenómenos magnéticos con superconductividad y otras fases cuánticas exóticas, un terreno que todavía se explora.
Los investigadores son prudentes y recuerdan que las aplicaciones industriales siguen siendo una posibilidad a medio o largo plazo. Antes habrá que encontrar materiales altermagnéticos fáciles de fabricar, estables a temperatura ambiente y compatibles con las líneas de producción actuales. Aun así, el mensaje de fondo es claro. Entender mejor cómo se ordenan los electrones en materiales magnéticos puede marcar una diferencia real en la velocidad y el consumo de la electrónica que usamos cada día.
El estudio científico que confirma y controla esta tercera forma de magnetismo se ha publicado en la revista Nature.
