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| Los modelos preexistentes no podían explicar el estado del material. Vchal/istock |
La magnetorresistencia colosal tiene una gran importancia fundamental y tecnológica. Existe principalmente en las manganitas y en algunos otros materiales. Convencionalmente se asocia a una polarización de espín inducida por campo que reduce drásticamente la dispersión de espín y la resistencia eléctrica.
El Mn3Si2Te6 ferrimagnético es una intrigante excepción a esta regla: presenta una reducción de siete órdenes de magnitud en la resistividad del plano ab que sólo se produce cuando se evita una polarización magnética.
La conductividad eléctrica del Mn3Si2Te6 se ha multiplicado por mil millones gracias al descubrimiento de nuevas corrientes en bucle que fluyen por los bordes de las celdas octaédricas. Este nuevo estado cuántico, descubierto por un grupo de físicos entre los que se encuentran dos investigadores del Georgia Tech, podría dar lugar a un nuevo paradigma para los dispositivos cuánticos y los superconductores.
Anteriormente, los científicos habían dado con el mismo material. Sin embargo, no se ajustaba a ningún modelo preexistente. De ahí que los científicos de este estudio desarrollaran nuevas ideas para entenderlo, lo que les ayudó a estudiar materiales relacionados que podrían utilizarse para dispositivos de campo magnético de próxima generación.
El material Mn3Si2Te6 atrajo el interés de los científicos por sus propiedades eléctricas únicas. En concreto, presenta una propiedad denominada magnetorresistencia colosal, un aumento extremo de la conductividad eléctrica de un material cuando se le aplica un campo magnético.
Los científicos se propusieron entender por qué el cambio extremo en la conductividad sólo se produce cuando el campo magnético se aplica perpendicularmente a la superficie en forma de panal del material.
Itamar Kimchi, físico teórico del Georgia Tech, afirma: "Nuestra idea parecía prometedora. Por desgracia, enseguida nos dimos cuenta de que las corrientes entre los iones de manganeso magnéticos estarían prohibidas por la simetría, lo cual era desalentador. Sin embargo, después hicimos el análisis de simetría para los iones de telurio dispuestos octaédricamente y, para ellos, las corrientes estaban permitidas por la simetría y ¡podían funcionar!".
Desde arriba, el material parece una serie de panales bidimensionales. Desde el lateral, se compone de láminas en forma de panal. Dentro de cada lámina, los electrones pueden moverse en trayectorias circulares alrededor de cada celda octaédrica. El peculiar comportamiento del material se debe a estas corrientes circulares en bucle.
Los electrones, por sí solos, se mueven en sentido contrario a las agujas del reloj y en el sentido de las agujas del reloj alrededor de las células del panal. Al igual que el tráfico no regulado, los "atascos" en el material dificultan el paso rápido de los electrones a través de él. El material se comporta más bien como un aislante, sin ningún método para agilizar el tráfico.
Pero al aplicar un campo magnético perpendicular a la superficie en forma de panal, se establece un "flujo de tráfico". Esto hace que los electrones recorran los bucles con mayor rapidez.
La sustancia se comporta entonces como un conductor y muestra un aumento de la conductividad de siete órdenes de magnitud, o mil millones por ciento.
Las corrientes eléctricas aplicadas al material también pueden hacer que pase de aislante a conductor, aunque ese proceso lleva más tiempo. La transición de aislante a conductor puede ser instantánea o tardar minutos.
El equipo de investigadores confía en que la sensibilidad del material a las corrientes, su capacidad de sintonización y su forma más lenta de conmutación puedan conducir a nuevos avances en el campo de los dispositivos cuánticos controlados por corriente, que incluyen desde sensores a ordenadores o comunicaciones seguras.
Los científicos esperan comprender qué hace especial a este material y qué ingredientes microscópicos son necesarios para que materiales afines se conviertan en tecnologías cuánticas útiles en el futuro.
Fuentes, créditos y referencias: