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Ciencia.-Espines magnéticos que 'congelan' cuando se calientan

Físicos han observado en un material magnético que los espines se 'congelan' en un patrón estático cuando la temperatura aumenta, un fenómeno que normalmente ocurre cuando la temperatura disminuye.

MADRID, 4 (EUROPA PRESS)

Publican sus hallazgos en Nature Physics el 4 de julio.

Los investigadores descubrieron el fenómeno en el material neodimio, un elemento que describieron hace varios años como un "vidrio de espín autoinducido". Los vidrios de espín son típicamente aleaciones donde los átomos de hierro, por ejemplo, se mezclan al azar en una rejilla de átomos de cobre. Cada átomo de hierro se comporta como un pequeño imán o un espín. Estos espines colocados al azar apuntan en todo tipo de direcciones.

A diferencia de los vidrios de espín convencionales, donde hay una mezcla aleatoria de materiales magnéticos, el neodimio es un elemento y sin cantidades significativas de ningún otro material, muestra un comportamiento vítreo en su forma cristalina. Los espines forman patrones que giran como una hélice, y este giro es aleatorio y cambia constantemente.

En este nuevo estudio, los investigadores descubrieron que cuando calentaban el neodimio de -268 C a -265 C, los espines se "congelaban" en un patrón sólido que formaba un tipo de imán, a la temperatura más alta. Cuando se enfrió el material, volvieron los patrones aleatorios de hélice giratoria. "Esta 'congelación' del patrón normalmente no ocurre en el material magnético", dice Alexander Khajetoorians, profesor de microscopía de sonda de barrido en la Universidad de Radboud.

La temperatura aumenta la energía en un sólido, líquido o gas. Lo mismo ocurre con un imán: con más temperatura, los espines comienzan a temblar. "El comportamiento magnético en el neodimio que observamos es en realidad lo contrario de lo que sucede 'normalmente'. Es bastante contraintuitivo, como el agua que se convierte en un cubo de hielo cuando se calienta", dice Khajetoorians en un comunicado.

Este tipo de fenómenos no se encuentran a menudo en la naturaleza. Se conocen muy pocos materiales que se comporten de manera incorrecta. Otro ejemplo bien conocido es la sal de Rochelle, donde las cargas se acumulan y forman un patrón ordenado a temperaturas más altas, mientras que a temperaturas más bajas se distribuyen aleatoriamente.

La compleja descripción teórica de los vidrios de espín fue el tema del Premio Nobel de Física otorgado a Parisi en 2021. Descubrir cómo funcionan estos vidrios giratorios también tiene importancia para otros campos científicos. "Si finalmente podemos modelar cómo se comportan estos materiales, esto también podría extrapolarse al comportamiento de una amplia gama de otros materiales".

El comportamiento extraño subyacente estaba relacionado con el concepto de degeneración: donde muchos estados diferentes tienen la misma energía y el sistema se frustra. El efecto de la temperatura es romper esta situación: ciertos estados sobreviven, lo que permite que el sistema se asiente claramente en un patrón. También podemos aprovechar este comportamiento hacia nuevos tipos de almacenamiento de información o conceptos computacionales, como la computación similar al cerebro.

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