Físicos descubren un extraño efecto magnetoeléctrico en un cristal simétrico

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Físicos descubren un extraño efecto magnetoeléctrico en un cristal simétrico

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Sabemos que el magnetismo y la electricidad están vinculados de muchas maneras: corrientes eléctricas que generan campos magnéticos, o imanes en movimiento que generan campos eléctricos. Sin embargo, uno de los ejemplos más fascinantes es el efecto magnetoeléctrico que se puede ver en algunos cristales, donde las propiedades eléctricas y magnéticas se encuentran acopladas.

En este sentido, un equipo de científicos acaba de descubrir algo que no debería ser posible: un nuevo tipo de efecto magnetoeléctrico en un cristal simétrico que funciona de manera completamente diferente a lo habitual.

El acoplamiento es tan sensible que incluso un pequeño cambio en la dirección del campo magnético puede cambiar las propiedades eléctricas del material a un estado completamente diferente.

Los resultados del estudio, realizado por físicos de la Universidad Tecnológica de Viena, fueron publicados en NPJ Quantum Materials.

Efecto magnetoeléctrico

Este nuevo efecto se encontró en un tipo específico de cristal llamado langasita. Este está compuesto de lantano, galio, silicio y oxígeno, además de átomos de holmio.

La peculiaridad nace cuando consideramos que la langasita es un cristal simétrico, lo cual se cree que descarta la posibilidad de ver efecto magnetoeléctrico.

“El hecho de que las propiedades eléctricas y magnéticas de un cristal estén acopladas o no depende de la simetría interna del cristal”, dice el físico Andrei Pimenov.

“Si el cristal tiene un alto grado de simetría, por ejemplo, si un lado del cristal es exactamente la imagen especular del otro lado, entonces, por razones teóricas, no puede haber efecto magnetoeléctrico”.

Sin embargo, este cristal parece no cumplir con lo que se creía. La langasita produjo un nuevo tipo de efecto magnetoeléctrico que no se había visto antes.

“La estructura del cristal es tan simétrica que en realidad no debería permitir ningún efecto magnetoeléctrico. Y en el caso de campos magnéticos débiles, de hecho, no hay acoplamiento alguno con las propiedades eléctricas del cristal”, dice Andrei Pimenov.

«Pero si aumentamos la fuerza del campo magnético, ocurre algo notable: los átomos de holmio cambian su estado cuántico y ganan un momento magnético. Esto rompe la simetría interna del cristal».

Desde un punto de vista puramente geométrico, el cristal sigue siendo simétrico. Sin embargo, hay que tener en cuenta el magnetismo de los átomos de holmio, que es lo que al final rompe la simetría. Esto provocó algo que se conoce como polarización.

“La polarización se produce cuando las cargas positivas y negativas del cristal se desplazan un poco entre sí”, explica Pimenov. “Esto sería fácil de lograr con un campo eléctrico, pero debido al efecto magnetoeléctrico, esto también es posible usando un campo magnético”.

Nunca antes visto

Los científicos se dieron cuenta que mientras más fuerte era el campo magnético, mayor era su efecto sobre la polarización eléctrica. Esto no es nada inusual; sin embargo, lo que sí es inusual es que haya una relación no lineal entre la dirección del campo y la polarización.

«Lo que es notable, sin embargo, es que la relación entre la polarización y la dirección del campo magnético es fuertemente no lineal. Si cambia un poco la dirección del campo magnético, la polarización puede volcarse completamente. Esta es una nueva forma del efecto magnetoeléctrico, que no se conocía antes”, explicó Pimenov.

Aunque las aplicaciones de esta tecnología parecen bastantes alejadas de la realidad, los científicos afirman que el descubrimiento puede representar una nueva forma de almacenar datos en sólidos.

 

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