Investigadores de la Universidad de Bayreuth han descubierto un material inusual:cuando se enfría a dos grados Celsius, su estructura cristalina y sus propiedades electrónicas cambian abrupta y significativamente. En este nuevo estado las distancias entre los átomos de hierro se pueden adaptar con la ayuda de haces de luz. Esto abre interesantes posibilidades de aplicación en el campo de la tecnología de la información. Los científicos han presentado su descubrimiento en la revista. Angewandte Chemie — Edición internacional . Los nuevos hallazgos son el resultado de una estrecha cooperación con las instalaciones asociadas en Augsburgo, Dresde, Hamburgo y Moscú.

El material es una forma inusual de óxido de hierro con la fórmula Fe₅O₆. Los investigadores lo produjeron a una presión de 15 gigapascales en un laboratorio de alta presión del Instituto Bávaro de Investigación de Geoquímica y Geofísica Experimental (BGI) con sede en la Universidad de Bayreuth. Si la temperatura desciende a dos grados Celsius, como se puede encontrar en un frigorífico doméstico bastante frío, se produce un cambio estructural repentino:iones de hierro, que se unen en largas cadenas a temperaturas más altas, en su lugar, se reorganizan en parejas. Dos iones de hierro forman un enlace entre sí, que consta de un solo electrón compartido.

La aplicación selectiva de rayos de luz de una fuente externa puede intervenir en la formación de esta nueva estructura cristalina. Si tienen una longitud de onda adecuada, son capaces de romper el enlace entre dos iones de hierro particulares:el par de iones se divide. Como resultado, los iones de hierro individuales comienzan a moverse un poco, es decir, su distancia entre sí y su estado físico cambian. "Esta influencia dirigida del espacio atómico a las temperaturas del refrigerador, que son fáciles de lograr industrialmente, tiene un gran potencial de aplicación en el sector de las tecnologías de la información. Puede ser usado, por ejemplo, en computadoras cuánticas, para elementos de almacenamiento que miden solo unos pocos nanómetros, o para interruptores igualmente pequeños, "explica el Dr. Sergey Ovsyannikov de BGI, primer autor de la publicación.

La síntesis y la investigación del óxido de hierro Fe₅O₆ son de fundamental importancia para aclarar las relaciones entre la estructura cristalina de los óxidos de hierro y sus propiedades físicas. Este es otro hallazgo del estudio ahora publicado. Curiosamente, la distancia entre los iones de hierro, que se encadenan en cadenas a temperaturas ambiente normales, parece determinar exactamente a qué temperatura más baja se produce el cambio estructural repentino antes mencionado, y surgen las nuevas propiedades resultantes. "Estos hallazgos proporcionan una base valiosa para desarrollar nuevos materiales para la tecnología de la información, "dice el Prof. Dr. Leonid Dubrovinsky de BGI, quien coordinó el trabajo de investigación.

El cambio estructural significativo que los investigadores han descubierto ahora en el óxido de hierro Fe₅O₆ se conoce en física como la "transición de orden de carga de Verwey". Hasta ahora, una transición tan dependiente de la temperatura, que va acompañado de un cambio en las propiedades electrónicas y de otro tipo, sólo había sido bien estudiado en el óxido de hierro Fe₃O₄. En este material, sin embargo, los cambios solo ocurren cuando la temperatura desciende a menos 153 grados centígrados. A esta temperatura de transición, cualquier aplicación para la tecnología de la información sería difícil de implementar.