Este es el nuevo estado de la materia que han descubierto científicos

Científicos del Brookhaven National Laboratory de EE. UU. han descubierto un estado magnético de la materia predicho desde hace mucho tiempo llamado “aislante excitónico antiferromagnético”.

“En términos generales, este es un tipo de imán novedoso”, dijo en un comunicado Mark Dean, físico de Brookhaven Lab, autor principal de un artículo que describe la investigación que acaba de publicarse en Nature. “Dado que los materiales magnéticos se encuentran en el corazón de gran parte de la tecnología que nos rodea, los nuevos tipos de imanes son fundamentalmente fascinantes y prometedores para futuras aplicaciones”.

El nuevo estado magnético implica una fuerte atracción magnética entre los electrones en un material en capas que hace que los electrones deseen organizar sus momentos magnéticos, o “espines”, en un patrón “antiferromagnético” regular de arriba hacia abajo.

La idea de que tal antiferromagnetismo podría ser impulsado por un peculiar acoplamiento de electrones en un material aislante se predijo por primera vez en la década de 1960 cuando los físicos exploraron las diferentes propiedades de los metales, semiconductores y aislantes.

La predicción fue que, bajo ciertas condiciones, podría obtener algo más interesante: a saber, el “aislante excitónico antiferromagnético” recién descubierto por el equipo de Brookhaven.

En un antiferromagnético, los electrones de los átomos adyacentes tienen sus ejes de polarización magnética (espines) alineados en direcciones alternas: arriba, abajo, arriba, abajo, etc. En la escala de todo el material, esas orientaciones magnéticas internas alternas se cancelan entre sí, lo que da como resultado que no haya magnetismo neto en el material en general.

Dichos materiales se pueden cambiar rápidamente entre diferentes estados. También son resistentes a la pérdida de información debido a la interferencia de campos magnéticos externos. Estas propiedades hacen que los materiales antiferromagnéticos sean atractivos para las tecnologías de comunicación modernas.

A continuación, está el excitónico. Los excitones surgen cuando ciertas condiciones permiten que los electrones se muevan e interactúen fuertemente entre sí para formar estados ligados. Los electrones también pueden formar estados ligados con “agujeros”, las vacantes que quedan cuando los electrones saltan a una posición o nivel de energía diferente en un material.

En circunstancias muy especiales, la ganancia de energía de las interacciones magnéticas de electrones y huecos puede compensar el costo de energía de los electrones que saltan a través de la brecha de energía.

Ahora, gracias a técnicas avanzadas, los físicos pueden explorar esas circunstancias especiales para aprender cómo surge el estado del aislante excitónico antiferromagnético.

Hidemaro Suwa y Christian Batista, de la Universidad de Tennessee, realizaron cálculos para desarrollar un modelo utilizando el concepto del aislante excitónico antiferromagnético predicho y demostraron que este modelo explica de manera integral los resultados experimentales.

“Usando rayos X, observamos que la unión provocada por la atracción entre los electrones y los huecos en realidad devuelve más energía que cuando el electrón salta sobre la brecha de banda”, explicó Yao Shen. “Debido a que este proceso ahorra energía, todos los electrones quieren hacer esto. Luego, después de que todos los electrones han logrado la transición, el material se ve diferente del estado de alta temperatura en términos de la disposición general de electrones y espines. La nueva configuración implica que los espines de los electrones se ordenen en un patrón antiferromagnético, mientras que los pares enlazados crean un estado de aislamiento ‘bloqueado’”.

La identificación del aislante excitónico antiferromagnético completa un largo viaje que explora las formas fascinantes en que los electrones eligen organizarse en los materiales. En el futuro, la comprensión de las conexiones entre el espín y la carga en dichos materiales podría tener potencial para la realización de nuevas tecnologías.

*Con información de Europa Press.