El bismuto de ferrita, el titanato de bario y el manganato de terbio son compuestos que han captado la atención en el ámbito de la física de la materia condensada. Estos materiales, conocidos como multiferroicos, destacan por sus propiedades únicas, lo que los convierte en candidatos ideales para innovaciones tecnológicas en almacenamiento de datos y detección de señales.
Un equipo de físicos, integrado por Daniel Cabra y Gerardo Rossini, del Instituto de Física de Líquidos y Sistemas Biológicos (IFLySiB), junto con colaboradores del Instituto de Física de Rosario (IFIR), han desarrollado un modelo microscópico innovador: el Modelo del pantógrafo. Este modelo proporciona una comprensión teórica sobre la interacción entre magnetismo y electricidad a nivel atómico.
Los materiales multiferroicos presentan propiedades magnéticas y eléctricas interrelacionadas. Esto significa que pueden ser magnetizados por un campo magnético y polarizados por uno eléctrico, así como también controlar su magnetización mediante un campo eléctrico. Esta dualidad les permite actuar simultáneamente como imanes y generadores eléctricos. Para desentrañar estos comportamientos, los investigadores han analizado exhaustivamente los mecanismos que describen el acoplamiento magnetoeléctrico en sistemas multiferroicos de baja dimensión, creando un nuevo modelo teórico donde las distorsiones elásticas en la red permiten estas interacciones. “Este mecanismo nos ofrece herramientas para interpretar observaciones experimentales y diseñar materiales con propiedades controlables más precisas”, afirmó Daniel C. Cabra, autor principal del estudio.
Nueva perspectiva sobre las interacciones atómicas
La estructura interna de un material puede visualizarse como una serie de pequeñas piezas interconectadas. El Modelo del pantógrafo propone que movimientos diminutos o “distorsiones” dentro de esta estructura actúan como mediadores esenciales para las interacciones entre campos magnéticos y eléctricos. Estas mínimas reubicaciones atómicas no solo influyen en cómo interactúan los pequeños imanes internos del material, sino que también modifican sus propiedades eléctricas.
A través de este modelo, los investigadores han demostrado que el mecanismo de reubicación a nivel atómico puede inducir una polarización eléctrica “espontánea”, permitiendo al material generar electricidad por sí mismo. Más crucial aún es su capacidad para controlar esta polarización mediante campos magnéticos o viceversa.
Apertura hacia nuevas aplicaciones tecnológicas
El Modelo del pantógrafo describe cómo las distorsiones en la red cristalina pueden acoplar magnetismo y polarización eléctrica en materiales multiferroicos. Además, permite reproducir fenómenos clave como el encendido y apagado de la polarización mediante campos magnéticos o cambios abruptos en la magnetización inducidos por campos eléctricos.
No solo se trata de comprender mejor los comportamientos peculiares de estos materiales; este avance abre posibilidades para desarrollar aplicaciones valiosas. “Estamos hablando de materiales que podrían facilitar computadoras y sensores más rápidos, compactos y eficientes, con bajo consumo energético y alto rendimiento”, concluyó Cabra.
Este trabajo fue publicado en la revista Journal of Applied Physics.
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