Un equipo de investigadores ha identificado una nueva forma de magnetismo en el llamado “grafeno magnético”. Los hallazgos podrían ayudarnos a comprender mejor la física de nuevos estados magnéticos y la superconductividad.

El estudio, cuyo autor es el Dr. Matthew Coak del Laboratorio Cavendish de Cambridge y la Universidad de Warwick, se encuentra disponible en Physical Review X.

Grafeno magnético

Las propiedades de un material pueden alterarse drásticamente con el cambio de sus dimensiones. Por ejemplo, tenemos a el grafeno, los nanotubos de carbono, el grafito y el diamante los cuales están hechos de átomos de carbono, pero tienen propiedades muy diferentes entre sí debido a sus distintas características.

“Ahora imagina que también pudieras cambiar todas estas propiedades al someterlo al magnetismo”, dijo Coak. Obtendrías “un material que podría ser mecánicamente flexible y podría formar un nuevo tipo de circuito para almacenar información y realizar cálculos”.

En ese sentido, el logro del equipo actual es haber controlado la conductividad y el magnetismo del tiofosfato de hierro (FePS3), más conocido como “grafeno magnético” por sus propiedades en dimensiones ultrafinas.

Altas presiones

En un estudio anterior, algunos investigadores encontraron que el FePS3 se convierte en un metal cuando es sometido a presiones muy altas. Así, describieron cómo la estructura cristalina y la disposición de los átomos en las capas de este material “bidimensional” cambian durante la transición. 

Sin embargo, algo todavía hacía falta: el magnetismo. Luego de desarrollar técnicas para medir el magnetismo a presiones realmente altas, el equipo logró observar la evolución del magnetismo en el material.

«Para nuestra sorpresa, descubrimos que el magnetismo sobrevive y de alguna manera se fortalece», declaró el Dr. Siddharth Saxena del Laboratorio Cavendish. «Esto es inesperado, ya que los electrones que se desplazan libremente en un nuevo material conductor ya no pueden unirse a sus átomos de hierro parentales, generando momentos magnéticos allí, a menos que la conducción provenga de una fuente inesperada».

¿Qué más?

No hay respuestas concretas sobre lo que sucede aquí, empero todo parece estar relacionado con el espín. El comportamiento de un material, ya sea conductor o aislante, se basa principalmente en el movimiento de los electrones o la carga. No obstante, se ha demostrado que el «espín» de los electrones es la fuente del magnetismo. El espín hace que los electrones se comporten un poco como pequeños imanes de barra y apunten en cierta dirección.

«No sabemos exactamente lo que sucede a nivel cuántico, pero al mismo tiempo, podemos manipularlo», dice Saxena. «Es como esas famosas ‘incógnitas desconocidas’: abrimos una nueva puerta a las propiedades de la información cuántica, pero aún no sabemos cuáles podrían ser esas propiedades».

Los investigadores planean seguir buscando la superconductividad de este material único: FePS3. «Ahora que tenemos una idea de lo que le sucede a este material a alta presión, podemos hacer algunas predicciones sobre lo que podría suceder si tratamos de ajustar sus propiedades agregando electrones libres comprimiéndolo aún más», menciona Coak. 

«Lo que perseguimos es la superconductividad», afirma Saxena. «Si podemos encontrar un tipo de superconductividad que esté relacionada con el magnetismo en un material bidimensional, podría darnos una oportunidad de resolver un problema que se remonta a décadas».