Científicos de la Universidad de Aalto (Suecia) y el Lawrence Berkeley National Laboratory (EEUU) han dado un paso para la producción de dispositivos de carga magnética en lugar de eléctrica.

Concretamente, han demostrado que la formación de un polaron –una cuasipartícula compuesta por un electrón y un campo de deformaciones asociado– también se produce en un sistema de cargas magnéticas, y no sólo en un sistema de cargas eléctricas.

Así, si se consigue controlar las propiedades de transporte de dichas cargas, se podría permitir nuevos dispositivos basados en cargas magnéticas en lugar de eléctricas, por ejemplo, las memorias de un ordenador. El estudio se ha publicado en Nature Communications.

Los polarones son un ejemplo de los fenómenos emergentes que se producen en la física de la materia condensada. Por ejemplo, un electrón que se mueve a través de una red cristalina desplaza los iones que lo rodean, y juntos crean un polaron, que tiene una energía y masa que se diferencia de la de un electrón desnudo. Los polarones tienen un profundo efecto en el transporte electrónico en materiales.

Así, los sistemas de hielo de espín artificial son metamateriales que consisten en nanoimanes litográficamente colocados en un patrón, en una geometría bidimensional ordenada. Los bloques de construcción magnéticos individuales de un hielo de espín interactúan entre sí a través de campos magnéticos dipolares.

Los investigadores usaron diseño de material como herramienta para crear un nuevo hielo de espín artificial, la red de dados dipolar (imagen adjunta).

“Diseñar la geometría de la red bidimensional correcta hizo posible crear y observar la decadencia de polarones magnéticos, en tiempo real”, ha afirmado el investigador postdoctoral Alan Farhan del Lawrence Berkeley National Laboratory.

“Introdujimos la red de dados dipolar, ya que ofrece un alto grado de frustración, lo que significa que las interacciones magnéticas que compiten no pueden satisfacerse simultáneamente. Al igual que todos los sistemas en la naturaleza, la trama de dados dipolar apunta a relajarse y asentarse en un estado de baja energía. Como resultado, cada vez que las excitaciones de carga magnética surgen con el tiempo, tienden a visualizarse a través de cargas magnéticas opuestas desde el entorno”, explica Farhan.

Los investigadores de Berkeley utilizaron microscopía electrónica de fotoemisión, o PEEM, para hacer las observaciones. Esta técnica da imágenes de la dirección de magnetización en nanoimanes individuales.

“Los experimentos también demuestran que las excitaciones magnéticas se pueden diseñar a voluntad mediante una elección inteligente de la geometría del enrejado y el tamaño y la forma de los nanoimanes individuales. Por lo tanto, el hielo de espín artificial es un excelente ejemplo de un material de diseño. En lugar de aceptar lo que ofrece la naturaleza, ahora es posible montar nuevos materiales a partir de bloques de construcción conocidos con funcionalidades diseñadas a propósito”, ha señalado el profesor Sebastiaan van Dijken, de la Universidad Aalto.

Fuente: Agencia Europa Press