Investigadores de la Universidad de Cantabria y el Institut de Ciència de Materials de Barcelona han publicado un estudio donde informan del enorme cambio que se produce en las propiedades ópticas de las manganitas, unos compuestos con oxígeno y manganeso, cuando se les aplica un campo magnético. El avance podría tener aplicación en futuros componentes electrónicos más pequeños y potentes.
La revista Physical Review Letters (PRL) ha publicado una investigación en la que participan el Grupo de Investigación de Física Teórica de la Materia Condensada de la Universidad de Cantabria (UC) y el Institut de Ciència de Materials de Barcelona (ICMAB-CSIC). Los autores ponen de manifiesto un enorme cambio en las propiedades ópticas de los óxidos funcionales, denominados manganitas, cuando se les aplica un campo magnético.
El descubrimiento de nuevas propiedades en materiales permite desarrollar nuevas tecnologías que facilitan, por ejemplo, la creación de componentes electrónicos más pequeños y potentes. De particular importancia son aquellas propiedades que tienen un enorme cambio cuando se les aplica un pequeño estímulo, como un campo eléctrico o magnético.
Una característica de este tipo lo presentan unos compuestos denominados manganitas, que contienen oxígeno y manganeso, en los que la aplicación de un pequeño campo magnético produce un gran cambio en la conductividad eléctrica, un fenómeno conocido como magnetoresistencia colosal.
Esta propiedad, cuyo descubrimiento valió el Premio Nobel de Física a Albert Fert y Peter Grünberg en 2007, es clave, por ejemplo, para construir las diminutas cabezas de lectura de los discos duros que son capaces de transformar la información grabada en un material magnético en pequeñas corrientes que son luego procesadas por el “cerebro” de los ordenadores. En el artículo se descubre una respuesta magneto-óptica gigante, que puede considerarse análoga en el caso de la óptica a la magnetoresistencia colosal.
La principal aportación de los investigadores del grupo de Física Teórica de la Materia Condensada, Pablo García y Javier Junquera, es explicar cómo ocurre el fenómeno observado en el laboratorio en relación a las manganitas y que, según señalan, “se debe a la coexistencia de dos tipos de electrones dentro del material: una mayoría que esencialmente está quieta y aporta el grueso de la señal magnética y una minoría más móvil y sensible a la luz denominada polarones”.
Los investigadores señalan que, “cuando sube la temperatura, el magnetismo del grueso de los electrones impide el movimiento libre de los polarones que empiezan a tener posiciones bien localizadas. Justo a temperaturas ligeramente inferiores a las que harían que los polarones se quedaran “atascados” su movimiento entre dos átomos es muy sensible a la presencia de luz polarizada y al alineamiento relativo del magnetismo del polarón y del átomo que lo recibe. Dado que esta última propiedad puede ser manipulada con campos magnéticos, la absorción de luz por los polarones también se ve muy afectada”.
El investigador de la UC, Javier Junquera, señala también que “este descubrimiento tiene gran importancia debido a que el efecto aparece prácticamente a temperatura ambiente, por lo que se podría aplicar a la tecnología que utilizamos en el día a día, y muestra un aspecto desconocido hasta ahora del llamado acoplamiento magnetoeléctrico, que se espera que juegue un papel clave en el desarrollo de las próximas generaciones de memorias y procesadores”.
Predicción del comportamiento
El trabajo publicado es el último eslabón de una larga cadena en la investigación de óxidos funcionales que empezó hace ya más de doce años por parte del Grupo de Investigación de Física Teórica de la Materia Condensada, que realiza simulaciones por ordenador del comportamiento de los materiales.
Su objetivo es describir cómo se va a comportar un material, cuáles van a ser sus propiedades funcionales, resolviendo numéricamente las ecuaciones fundamentales de la naturaleza, sin ningún parámetro previo que pueda provenir de un experimento o de otro cálculo. Para ello, se realizan códigos de simulación que se llevan a grandes ordenadores, se resuelven esas ecuaciones y se extrae cuáles van a ser esas propiedades antes incluso de que puedan ser observados realmente, lo que puede implicar un ahorro notable para empresas que se evitan el ensayo-error en relación al comportamiento de materiales.
Referencia bibliográfica:
Blai Casals, Rafael Cichelero, Pablo García Fernández, Javier Junquera, David Pesquera, Mariano Campoy-Quiles, Ingrid C. Infante, Florencio Sánchez, Josep Fontcuberta, Gervasi Herranz. “Giant optical polarization rotation induced by spin-orbit coupling in polarons”. Physical Review Letters, julio de 2016.
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