Lograr el orden magnético en sistemas de baja dimensión que constan de solo una o dos dimensiones ha sido un objetivo de investigación durante algún tiempo. En un nuevo estudio publicado en la revista Comunicaciones de la naturaleza , Los investigadores de Uppsala muestran que se puede crear un orden magnético en una celosía de tablero de ajedrez bidimensional que consiste en moléculas organometálicas que tienen solo una capa atómica de espesor.

El orden magnético es un fenómeno común en materiales tridimensionales, como el orden ferromagnético en los imanes de barra de hierro, donde los momentos magnéticos de todos los átomos de hierro apuntan en la misma dirección. En una o dos dimensiones, el orden magnético de largo alcance a temperaturas superiores a cero no es posible, sin embargo, según el teorema de Mermin-Wagner. Kosterlitz y Thouless (Premio Nobel de 2016) sugirieron la posibilidad de lograr una fase magnética sin un orden de tan largo alcance, quien predijo que un vórtice magnético topológico en el que los momentos magnéticos apuntan en diferentes direcciones y se compensan entre sí podría ser realizable en una película bidimensional.

Los investigadores Ehesan Ali y Peter Oppeneer de la Universidad de Uppsala han demostrado en una colaboración internacional con investigadores de Suiza e India que se puede crear un orden magnético de largo alcance en sistemas moleculares especialmente diseñados que consisten en moléculas de ftalocianina de hierro y manganeso. Estas moléculas, que tienen grandes similitudes con las porfirinas de hierro que se encuentran en la sangre natural, fueron adsorbidos en una superficie de metal dorado. Las moléculas no reaccionan con los átomos de oro, sino que se ordenan a sí mismos en un patrón de tablero de ajedrez bidimensional que consiste en moléculas alternas de hierro y manganeso. En esta red de moléculas bidimensionales, los investigadores pudieron demostrar el orden magnético a bajas temperaturas de unos pocos grados Kelvin.

A través de simulaciones por computadora a gran escala, los investigadores de Uppsala pudieron demostrar una interacción débil entre los momentos magnéticos en la molécula vecina, que se transmitieron a través de los electrones de oro, la llamada interacción Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida (RKKY). Aunque las moléculas de ftalocianina de metal no reaccionan químicamente con el oro de metal noble, Los electrones del oro detectan los momentos magnéticos de giro en la molécula y transmiten esta información a la molécula vecina.

Los investigadores también detectaron que otra interacción física fundamental, la proyección de Kondo, contrarresta el orden magnético. Esto ocurrió porque los electrones de oro cambiaron sus momentos magnéticos de espín para neutralizar el momento de la molécula, algo en lo que no tuvieron éxito y por lo tanto se formó un orden magnético de largo alcance.

"Fue sorprendente que nuestros cuidadosos cálculos pudieran establecer cómo se forma el orden magnético en la capa molecular, "dice Peter Oppeneer, Profesor del Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de Uppsala. "Nuestro descubrimiento puede allanar el camino para estudiar estados magnéticos cuánticos desconocidos hasta ahora, y contribuye a la realización de la espintrónica cuántica molecular ".