(Noticias de Nanowerk) Si alterna un poco en la memoria de una computadora y luego la vuelve a alternar, ha restaurado el estado original. Solo hay dos estados que se pueden denotar como «0 y 1».
Sin embargo, ahora se ha descubierto un efecto sorprendente en la Universidad Tecnológica de Viena: se encontró un interruptor atómico en un cristal a base de óxidos de gadolinio y manganeso, que debe cambiarse de un lado a otro no solo una sino dos veces antes de que se recupere el estado original. alcanzado de nuevo. Durante este proceso de doble encendido y apagado, el espín de los átomos de gadolinio realiza una revolución completa. Esto recuerda a un cigüeñal, donde un movimiento hacia arriba y hacia abajo se convierte en un movimiento circular.
Este nuevo fenómeno abre interesantes posibilidades en la física de materiales, incluso se podría almacenar información con este tipo de sistemas. El extraño interruptor atómico ha sido presentado ahora en la revista especializada Naturaleza («Conmutación magnetoeléctrica protegida topológicamente en un multiferroico»).
Acoplamiento de propiedades eléctricas y magnéticas
Generalmente se hace una distinción entre las propiedades eléctricas y magnéticas de los materiales. Las propiedades eléctricas se basan en el hecho de que los portadores de carga se mueven, por ejemplo, los electrones que migran a través de un metal o los iones cuya posición cambia.
Las propiedades magnéticas, por otro lado, están estrechamente relacionadas con el giro de los átomos: el momento angular intrínseco de la partícula, que puede apuntar en una dirección muy específica, al igual que el eje de rotación de la Tierra apunta en una dirección muy específica.
Sin embargo, también existen materiales en los que los fenómenos eléctricos y magnéticos están muy estrechamente acoplados. El profesor Andrei Pimenov y su equipo del Instituto de Física del Estado Sólido de la Universidad Tecnológica de Viena están investigando estos materiales. «Expusimos un material especial hecho de gadolinio, manganeso y oxígeno a un campo magnético y medimos cómo cambiaba su polarización eléctrica», dice Andrei Pimenov. «Queríamos analizar cómo el magnetismo puede cambiar las propiedades eléctricas del material. Al hacerlo, sorprendentemente nos encontramos con un comportamiento completamente imprevisto”.
Volver al principio en cuatro pasos
Inicialmente, el material está eléctricamente polarizado: está cargado positivamente por un lado y negativamente por el otro. Entonces enciendes un fuerte campo magnético y la polarización apenas cambia. Sin embargo, si el campo magnético se apaga nuevamente, ocurre un cambio dramático: la polarización se invierte repentinamente: el lado previamente cargado positivamente ahora está cargado negativamente y viceversa.
Ahora puedes pasar por el mismo proceso por segunda vez: vuelves a encender el campo magnético y la polarización eléctrica permanece aproximadamente constante. Si el campo magnético se apaga, la polarización se invierte nuevamente y, por lo tanto, vuelve a su estado original.
«Es extremadamente notable», dice Andrei Pimenov. «Hacemos cuatro pasos diferentes, cada vez que el material cambia sus propiedades internas, pero solo dos veces cambia la polarización, por lo que solo se alcanza el estado inicial después del cuarto paso».
Motor de cuatro tiempos para gadolinio
En una inspección más cercana, los átomos de gadolinio son responsables de este comportamiento: cambian su dirección de giro en 90 grados en cada uno de los cuatro pasos. «En cierto modo, es un motor de cuatro tiempos para átomos», dice Andrei Pimenov. “Incluso con un motor de cuatro tiempos, se necesitan cuatro pasos para volver a su estado original, y el cilindro sube y baja dos veces. En nuestro caso, el campo magnético se mueve hacia arriba y hacia abajo dos veces antes de que se restablezca el estado inicial y el espín de los átomos de gadolinio apunta nuevamente en la dirección original.
En teoría, dichos materiales podrían usarse para almacenar información: un sistema de cuatro estados tendría una capacidad de almacenamiento de dos bits por interruptor, en lugar del habitual bit de información para «0» o «1». Pero el efecto también es particularmente interesante para los sensores: por ejemplo, se podría producir un contador de pulsos magnéticos. El efecto proporciona nuevos insumos importantes para la investigación teórica: es otro ejemplo del llamado «efecto topológico», una clase de efectos materiales que han atraído mucha atención en la física del estado sólido durante años y están destinados a permitir el desarrollo de nuevos materiales.
