Andrea León, académica del DFC-UChile, mostró que pequeños desplazamientos entre las capas atómicas de un material 2D permiten activar o suprimir el altermagnetismo, un tipo de magnetismo descubierto recientemente y con potencial para nuevas tecnologías. El estudio, realizado junto a colaboradores de Chile y Alemania, fue publicado en npj 2D Materials and Applications, revista del grupo Nature.
¿Se puede encender y apagar un tipo de magnetismo en un mismo material simplemente moviendo sus capas atómicas? Andrea León, académica del Departamento de Física de la Facultad de Ciencias de la Universidad de Chile, junto a colaboradores de Chile y Alemania, publicó en npj 2D Materials and Applications (Nature Portfolio) una de las primeras demostraciones de que un material bidimensional puede comportarse como un interruptor magnético a escala atómica. El estudio muestra que pequeños desplazamientos entre sus capas bastan para activar o suprimir el altermagnetismo -una nueva clase de magnetismo descrita recientemente- sin necesidad de campos magnéticos externos ni modificaciones químicas.
Controlar estados altermagnéticos en materiales bidimensionales es hoy uno de los desafíos de la física de materiales, debido a su potencial para impulsar el desarrollo de tecnologías ultraveloces y de bajo consumo energético. En ese sentido, este hallazgo aporta una nueva vía para el diseño de materiales con propiedades magnéticas ajustables y resulta especialmente relevante para la espintrónica: un área que busca usar el espín de los electrones -una propiedad cuántica de estas partículas- para almacenar y procesar información de forma más eficiente que la electrónica convencional.
Un problema que parecía no tener solución
Hasta 2022, la física del magnetismo reconocía principalmente dos grandes clases de materiales magnéticos: los ferromagnetos y los antiferromagnetos. Los ferromagnetos son la forma de magnetismo presente en los imanes que todos conocemos y forman la base de muchas tecnologías de almacenamiento y procesamiento de información presentes en discos duros, memorias magnéticas y sensores utilizados en dispositivos electrónicos. Su ventaja es que sus espines electrónicos se alinean en la misma dirección, por lo que se potencian entre sí. Debido a ello, generan un campo magnético fácil de detectar y controlar. Su limitación es que ese campo magnético puede interferir con dispositivos cercanos: un obstáculo a medida que la tecnología se hace más pequeña. Los antiferromagnetos, presentan una organización diferente: sus espines apuntan en direcciones opuestas, anulándose entre sí. Gracias a ello, no generan campos magnéticos externos (su magnetización es igual a cero) y pueden operar a mayor velocidad que los ferromagnetos. Sin embargo, son difíciles de detectar y manipular experimentalmente. Durante décadas representaron una promesa sin herramientas para aprovecharla.
¿Cómo combinar lo mejor de ambos mundos? Es la pregunta que acompañó a la física del magnetismo durante décadas. La situación comenzó a cambiar en 2022, cuando Libor Šmejkal, Jairo Sinova, Tomáš Jungwirth y sus colaboradores describieron el marco teórico moderno de una tercera clase de magnetismo: el altermagnetismo. Esta nueva clase de materiales combina las ventajas de los otros dos estados magnéticos: no generan campos magnéticos externos que afecten a dispositivos vecinos y gracias a la simetría de su estructura cristalina sus espines sí pueden detectarse y manipularse con facilidad.
Un interruptor atómico
La doctora Andrea León venía trabajando en materiales magnéticos desde su doctorado, con especial interés en los antiferromagnetos en dos dimensiones. Cuando apareció el concepto moderno de altermagnetismo en 2022, la conexión fue inmediata. “Cuando lo vi, dije: mis materiales son altermagnéticos. Fue una conexión directa“, recuerda.
Esa intuición la llevó a concentrar su investigación en MnPS₃, un material bidimensional conocido por sus propiedades antiferromagnéticas y semiconductoras. Esta combinación lo convierte en una plataforma especialmente atractiva para estudiar fenómenos magnéticos y explorar futuras aplicaciones en espintrónica.
El trabajo de la académica del DFC-UChile, desarrollado mediante simulaciones computacionales junto a colaboradores de Chile y Alemania, estudió qué ocurre cuando dos láminas atómicas de MnPS₃ se deslizan una sobre otra.
¿Qué encontraron? Que al hacerlo cambian la posición relativa de sus átomos y con ello, la forma en que los espines magnéticos de ambas capas interactúan entre sí. “Es similar a superponer dos rejillas y deslizarlas una sobre otra: al cambiar el patrón que forman en conjunto, cambian también sus propiedades”, explica León.
El resultado: algunas configuraciones de las capas favorecen estados altermagnéticos, mientras que otras devuelven el sistema a su estado antiferromagnético convencional. “Estamos prendiendo y apagando el tipo de magnetismo en un mismo material simplemente moviendo estas capas“, explica la investigadora. “Se podría usar este material para controlar corrientes de espín“, dice. Se trata de una de las capacidades fundamentales que se buscan en futuros dispositivos espintrónicos.
Y aunque todavía existe distancia entre estos resultados y una aplicación tecnológica concreta -“lo que nosotros hacemos es ciencia básica, entender el porqué de los fenómenos”, enfatiza la investigadora-, el campo avanza con rapidez. Cada año se identifican nuevos materiales altermagnéticos y numerosos grupos de investigación trabajan en comprender cómo aprovechar sus propiedades. En ese contexto, este trabajo propone una estrategia simple y realizable. Revisa el artículo completo aquí
