Utilizando una nueva tecnología incorporada a un microscopio electrónico, un grupo internacional de físicos dirigidos por la Universidad de Tokio ha podido observar directamente el campo magnético a nivel atómico por primera vez en el mundo.
Según los autores, esto podría acelerar la investigación y el desarrollo de materiales de última generación, como imanes, semiconductores y tecnología cuántica.
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Un campo magnético es el espacio en el que se distribuye la fuerza magnética, el origen de los imanes. Una fuerza producida por el movimiento de las cargas de los átomos de algunos materiales.
En otras palabras, el campo magnético es el «camino» que recorre la fuerza magnética para atraer o repeler un material. Como un imán atrayendo un pedazo de acero, por ejemplo.
Hasta ahora observar ese campo directamente a través de un microscopio de transmisión de barrido (STEM, un microscopio capaz de «mirar» los átomos) había sido imposible. Ya que, para lograr una resolución ultra alta con STEM, las muestras se colocan bajo una lente que produce campos magnéticos extremadamente fuertes. Al final estos campos producidos terminan alterando las observaciones de los átomos generadores de magnetismo.
Por lo tanto, la observación atómica de materiales como imanes y aceros, había sido imposible.
Para resolver el problema, los físicos de la Universidad de Tokio crearon una lente con una nueva estructura, una lente de resolución atómica que no altera el campo magnético, denominado «MARS.
Gracias al MARS y al método de contraste de fase diferencial (DPC), un método que mide el campo magnético directamente de los átomos cuando un haz de electrones choca con ellas, el equipo pudo observar y medir el campo magnético de los átomos de hierro (Fe).
Para su estudio utilizaron cristales de hematita antiferromagnética (α-Fe2O3), un mineral formado por oxígeno (O) y hierro. Un material utilizado en la industria para la extracción de la mayor parte del hierro del mundo.
A diferencia de los materiales ferromagnéticos (como el hierro puro o el níquel) que producen campos magnéticos por sí mismos cuando las cargas se alinean mirando todos hacían el mismo lado (paralelas), en los materiales antiferromagnéticos a temperaturas bajas, las cargas se colocan de formas opuestas (mirándose unos a otros) anulando las cargas.
Digamos que, esos materiales a temperaturas bajas, dejan de producir fuerza magnética a simple vista, se vuelven «normales». Pero el magnetismo sigue «activo» a nivel atómico.
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Gracias a esta característica de la hematita los científicos pudieron medir la dirección donde se propaga el campo magnético entre los átomos de hierro y la fuerza magnética generada.
Además, los resultados indican que los átomos en sí mismos actúan como pequeños imanes, lo que da origen al magnetismo que exhibe la hematita.
Con esta observación directa han demostrado cómo se genera el campo magnético atómico y han establecido un nuevo método para la observación de estos campos.
En 2012 el mismo equipo ya había logrado observar el campo eléctrico dentro de los átomos por primera vez. Sin embargo, debido a que los campos magnéticos en los átomos son extremadamente débiles, más débiles que los campos eléctricos, no se había desarrollado una tecnología capaz de lograr ese objetivo.
Por lo que este nuevo estudio «es un logro histórico que reescribirá la historia del desarrollo de microscopios», concluyeron los autores.
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[Desde Guna Yala, un artículo de Morbeb]
REFERENCIA:
Kohno, Y., Seki, T., Findlay, S.D. et al. (2022). Real-space visualization of intrinsic magnetic fields of an antiferromagnet. Nature, 602, 234–239. https://doi.org/10.1038/s41586-021-04254-z
