Si cambia un poco en la memoria de una computadora y luego la vuelve a cambiar, ha restaurado el estado original. Solo hay dos estados que pueden llamarse "0 y 1".

Sin embargo, ahora se ha descubierto un efecto asombroso en TU Wien (Viena):en un cristal basado en óxidos de gadolinio y manganeso, se encontró un interruptor atómico que tiene que cambiarse de un lado a otro no solo una, sino dos veces, hasta que el original se alcanza de nuevo el estado. Durante este doble proceso de encendido y apagado, el espín de los átomos de gadolinio realiza una rotación completa. Esto recuerda a un cigüeñal, en el que un movimiento de arriba hacia abajo se convierte en un movimiento circular.

Este nuevo fenómeno abre interesantes posibilidades en la física de materiales. Incluso la información podría almacenarse con dichos sistemas. El extraño interruptor atómico se ha presentado ahora en la revista científica Nature .

Acoplamiento de propiedades eléctricas y magnéticas

Normalmente, se hace una distinción entre las propiedades eléctricas y magnéticas de los materiales. Las propiedades eléctricas se basan en el hecho de que los portadores de carga se mueven, por ejemplo, los electrones que viajan a través de un metal o los iones cuya posición cambia.

Las propiedades magnéticas, por otro lado, están estrechamente relacionadas con el giro de los átomos:el momento angular intrínseco de la partícula, que puede apuntar en una dirección muy específica, al igual que el eje de rotación de la Tierra apunta en una dirección muy específica.

Sin embargo, también existen materiales en los que los fenómenos eléctricos y magnéticos están muy estrechamente acoplados. El Prof. Andrei Pimenov y su equipo en el Instituto de Física del Estado Sólido en TU Wien están investigando tales materiales. "Expusimos un material especial hecho de gadolinio, manganeso y oxígeno a un campo magnético y medimos cómo cambiaba su polarización eléctrica en el proceso", dice Andrei Pimenov. "Queríamos analizar cómo el magnetismo puede cambiar las propiedades eléctricas del material. Y, sorprendentemente, nos encontramos con un comportamiento completamente inesperado".

Volver al principio en cuatro pasos

Al principio, el material está eléctricamente polarizado:por un lado tiene carga positiva y por el otro lado tiene carga negativa. Luego enciendes un fuerte campo magnético y la polarización cambia muy poco. Sin embargo, si luego vuelve a apagar el campo magnético, se hace evidente un cambio dramático:de repente, la polarización se invierte:el lado que antes estaba cargado positivamente ahora está cargado negativamente, y viceversa.

Ahora puedes pasar por el mismo proceso por segunda vez:Nuevamente, enciendes el campo magnético y la polarización eléctrica permanece aproximadamente constante. Si apaga el campo magnético, la polarización se invierte nuevamente y, por lo tanto, vuelve a su estado original.

"Esto es extremadamente notable", dice Andrei Pimenov. "Realizamos cuatro pasos diferentes, cada vez que el material cambia sus propiedades internas, pero solo dos veces cambia la polarización, por lo que alcanza el estado inicial solo después del cuarto paso".

Motor de cuatro tiempos para gadolinio

Una mirada más cercana muestra que los átomos de gadolinio son responsables de este comportamiento:cambian su dirección de giro en cada uno de los cuatro pasos, cada vez 90 grados. "En cierto sentido, es un motor de cuatro tiempos para átomos", dice Andrei Pimenov. "En un motor de cuatro tiempos, también se necesitan cuatro pasos para volver al estado inicial, y el cilindro sube y baja dos veces en el proceso. En nuestro caso, el campo magnético sube y baja dos veces antes del estado inicial". se restaura y el espín de los átomos de gadolinio apunta de nuevo en la dirección original".

Teóricamente, tales materiales podrían usarse para almacenar información:un sistema con cuatro estados posibles tendría una capacidad de almacenamiento de dos bits por interruptor, en lugar del habitual bit de información para "0" o "1". Pero el efecto también es particularmente interesante para la tecnología de sensores:por ejemplo, uno podría producir un contador de pulsos magnéticos de esta manera. El efecto proporciona nuevos insumos importantes para la investigación teórica:es otro ejemplo del llamado "efecto topológico", una clase de efectos materiales que han atraído mucha atención en la física del estado sólido durante años y deberían permitir el desarrollo de nuevos materiales + Explora más

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