Los cuasicristales extraños cambian drásticamente sus propiedades magnéticas al cambiar los electrones
El material puede pasar de cero magnetismo total a mucho con sólo pequeños cambios.
El cuasicristal icosaédrico con su momento magnético en estado ferromagnético (amarillo) o antiferromagnético (azul).
Crédito de la imagen: Farid Labib de la Universidad de Ciencias de Tokio.
Los cuasicristales son entidades muy interesantes. Tienen estructuras ordenadas pero no se repiten, por lo que son -como su nombre indica- casi como cristales, aunque no exactamente. Esta diferencia ciertamente no es una desventaja, ya que los cuasicristales a menudo presentan propiedades con las que un material común o de jardín sólo podría soñar. Y este es el caso de un cuasicristal realmente inusual que están estudiando investigadores en Japón.
Esta es la primera vez que se exploran las propiedades magnéticas de este cuasicristal en particular, y la investigación muestra que son bastante únicas. El equipo cree que este avance está impulsando el campo de la física de la materia condensada y la investigación de cuasicristales hacia territorios completamente nuevos. Los investigadores confían en que podría allanar el camino para dispositivos electrónicos nuevos y más avanzados, e incluso tecnologías de refrigeración magnética.
El cuasicristal en cuestión está hecho de oro, galio y terbio. Una de las estructuras es un icosaedro -una figura tridimensional con 20 caras-, así como un cristal aproximante (AC) que es cúbico. Ambos son del tipo Tsai. Este tipo de cuasicristales y aproximantes están formados por cuatro capas concéntricas con un tetraedro en el centro. Un tetraedro es una forma de pirámide en la que las cuatro caras son triángulos.
El siguiente paso es la parte del magnetismo. Estos cuasicristales no siguen el modelo clásico de ferromagnetismo de Heisenberg y se espera que sus nanopatrones magnéticos sean remolinos o vórtices. El patrón de cada pequeño cristal es como muchos pequeños polos magnéticos que se enrollan alrededor de una región central. Esto se asemeja a un tornado o un torbellino, de ahí que se lo describa como "magnetismo giratorio".
Puede que esto ya parezca bastante complejo, pero apenas estamos comenzando. En las inmortales palabras de Samuel L. Jackson en Parque Jurásico: "Agarraos el trasero".
Dependiendo del número de electrones disponibles por átomo (la relación e/a), las propiedades magnéticas de estos cuasicristales son salvajes. A partir de una proporción de 1,9, el cristal es un llamado vidrio giratorio, por lo que todos los momentos magnéticos de los átomos interactúan aleatoriamente.
Debajo de eso, las cosas se ponen interesantes. Alrededor de una proporción de 1,8, el material tiene un fuerte ferromagnetismo giratorio: todos los momentos magnéticos se alinean y el cristal está magnetizado y permanece así.
Pero si la relación cae por debajo de 1,7, sucede una tercera cosa. La estructura se convierte en un antiferroimán giratorio. Todos sus momentos magnéticos se cancelan, entregando cero magnetismo total.
Todas las rarezas ocurren a sólo unos pocos grados por encima del cero absoluto. Muestra que el comportamiento magnético dista mucho de ser simple tanto para los cuasicristales icosaédricos (iQC) como para sus homólogos AC.
"Estos resultados ofrecen información importante sobre la intrincada interacción entre las interacciones magnéticas en los AC de tipo Tsai que no son de Heisenberg. Sentan las bases para comprender las propiedades intrigantes no solo de los AC que no son de Heisenberg sino también de los iQC que aún no se han descubierto. ", dijo en un comunicado el autor principal, el profesor Ryuji Tamura, de la Universidad de Ciencias de Tokio.
Cuasicristales como este se consideran unidades potenciales para el almacenamiento de memoria en la tecnología del futuro, por lo que comprender su comportamiento magnético es fundamental para usarlos en tales dispositivos.
El estudio se publica en la revista Materials Today Physics.