Describen el mecanismo que le permite a ciertos materiales comportarse al mismo tiempo como imanes y como generadores de electricidad

Investigadores del CONICET en el Instituto de Física de Líquidos y Sistemas Biológicos (IFLYSIB, CONICET-UNLP) desarrollaron un modelo teórico innovador que describe la manera en que pequeñas deformaciones a nivel atómico en la red cristalina –átomos y moléculas– de un tipo novedoso de materiales denominados multiferroicos permiten acoplar y controlar el magnetismo y la polarización eléctrica. El avance fue publicado en la revista científica Journal of Applied Physics y abre nuevas perspectivas para el desarrollo futuro de tecnologías de próxima generación, como memorias de computadoras o sensores más pequeños, rápidos y eficientes.

“El control eléctrico del magnetismo, y viceversa, es una de las metas tecnológicas más buscadas. La idea del trabajo básicamente es comprender cómo funciona la conexión entre dos propiedades a escala microscópica en determinados materiales”, cuenta Daniel Cabra, investigador del CONICET en el IFLYSIB y primer autor de la publicación, y apunta: “En todos los materiales, a nivel microscópico, hay una conexión entre ambas, pero en los multiferroicos la respuesta es realmente importante. Es decir que, si uno los expone a un campo magnético, cambian un montón de propiedades eléctricas, y viceversa: si se los acerca a un campo eléctrico, se modifica su magnetización. Estos materiales son poco comunes, pero su potencial para fabricar dispositivos de bajo consumo y alto rendimiento los convierte en protagonistas de las investigaciones en nuevas tecnologías”.

Según comenta Cabra, en los últimos años ha tenido lugar un crecimiento exponencial en el número de investigaciones y publicaciones científicas a nivel mundial orientadas al desafío de descubrir o sintetizar nuevos materiales aplicables al desarrollo tecnológico que permitan abaratar los costos de producción y mejorar las prestaciones de los dispositivos. “Y van surgiendo materiales con propiedades que son cada vez más interesantes, como el acoplamiento entre estos dos fenómenos. A pesar de los avances significativos, la comprensión y la optimización de los mecanismos de acoplamiento siguen siendo un desafío, y lo que se busca es estudiar cómo tendría que ser un material para que el acoplamiento sea aún más eficiente, y pueda aplicarse eventualmente, por ejemplo, para generar memorias de mayor capacidad, menor tamaño y con menos disipación de energía”, comenta.

Los materiales en los que se centra el trabajo pertenecen al grupo de los perovskitas, que se caracterizan por tener eficientes propiedades ópticas y eléctricas, y que se utilizan entre otras cosas para la fabricación de celdas de paneles solares. “Hace unos pocos años, se encontró un nuevo conjunto de sistemas que pertenecen a esta familia, a los que llamamos doble perovskitas, en los que se observa un acoplamiento entre electricidad y magnetismo muy fuerte”, comenta el autor.

El estudio realizado en La Plata y en colaboración con investigadores del Instituto de Física Rosario (IFIR, CONICET-UNR), fue bautizado como “el modelo de pantógrafo”, en referencia a una herramienta de uso común, por ejemplo, en el mundo del dibujo, que está compuesta por varillas conectadas entre sí que se pueden mover sobre un punto fijo y permiten hacer reproducciones de originales a escala de forma manual y manteniendo las proporciones. “La analogía es porque nuestro modelo tiene un mecanismo indirecto de acoplamiento entre magnetismo y electricidad según cómo se modifican las posiciones atómicas del material: si movemos el campo magnético, los átomos magnéticos responden y las cargas vecinas se desplazan cambiando la propiedad eléctrica que nos interesa y, a la inversa, si ponemos un campo eléctrico, las cargas se desplazan, alteran los átomos magnéticos vecinos y se modifica la magnetización. De esta forma, nos permite reproducir y predecir fenómenos clave como el encendido y apagado de la polarización mediante campos magnéticos, o saltos abruptos de magnetización inducidos por campos eléctricos”. En ese sentido, la herramienta abre la posibilidad de interpretar observaciones experimentales y diseñar materiales con propiedades controlables de forma más precisa, un proyecto en el que se busca avanzar en colaboración con un equipo científico de la India.