Los espines de los electrones son propiedades fundamentales de los electrones que determinan su comportamiento magnético. En materiales como el óxido de níquel, los espines de los electrones interactúan con la red cristalina, dando lugar a una variedad de fenómenos magnéticos. Comprender cómo ocurren estas interacciones es crucial para diseñar nuevos materiales para el almacenamiento de datos magnéticos y otras aplicaciones.

Ahora, un equipo de investigadores dirigido por el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) del Departamento de Energía ha logrado un gran avance en la comprensión de cómo interactúan los espines de los electrones con la red cristalina del óxido de níquel. Sus hallazgos, publicados en la revista Nature Communications, proporcionan una base para comprender y diseñar nuevos materiales para el almacenamiento de datos magnéticos.

"Nuestro estudio revela los detalles microscópicos de cómo los espines de los electrones interactúan con la red del óxido de níquel", dijo el autor principal Yimei Zhu, investigador postdoctoral en la División de Ciencias de Materiales del Laboratorio Berkeley. "Esta comprensión es esencial para el diseño racional de nuevos materiales con las propiedades magnéticas deseadas".

Los investigadores utilizaron una combinación de técnicas experimentales, incluida la dispersión de neutrones y la espectroscopia de absorción de rayos X, para estudiar las excitaciones magnéticas del óxido de níquel. Descubrieron que los espines de los electrones interactúan con la red de dos maneras diferentes:a través de la interacción de intercambio y la interacción espín-órbita.

La interacción de intercambio es una interacción magnética entre dos electrones que resulta del principio de exclusión de Pauli. La interacción espín-órbita es un efecto relativista que surge de la interacción entre el espín del electrón y su movimiento.

Los investigadores descubrieron que la interacción de intercambio es la interacción dominante en el óxido de níquel. Sin embargo, la interacción espín-órbita también juega un papel importante en la determinación de las propiedades magnéticas del material.

"Nuestro estudio proporciona una comprensión integral de cómo los espines de los electrones interactúan con la red del óxido de níquel", dijo el autor principal Junjie Zhang, científico de la División de Ciencias de Materiales del Laboratorio Berkeley. "Este conocimiento nos permitirá diseñar nuevos materiales con propiedades magnéticas personalizadas para una amplia gama de aplicaciones, como el almacenamiento de datos magnéticos, la espintrónica y la computación cuántica".

Además de Zhu y Zhang, otros investigadores involucrados en el estudio incluyen:Wenbin Wang, Xiangli Peng y Xiao Zhang del Berkeley Lab; y Robert J. Cava de la Universidad de Princeton.

Esta investigación fue apoyada por la Oficina de Ciencias del DOE, la Oficina de Ciencias Energéticas Básicas, la División de Ingeniería y Ciencias de Materiales, bajo el Contrato No. DE-AC02-05CH11231. El acceso a la línea de luz de la Fuente de luz avanzada 12.3.2 fue proporcionado por la Oficina de Ciencias del DOE, Oficina de Ciencias Energéticas Básicas. Los experimentos de dispersión de neutrones se realizaron en Spallation Neutron Source (SNS), una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE operada por el Laboratorio Nacional Oak Ridge.