La espintrónica y otras tecnologías que aprovechan la física de pequeños imanes y sus interacciones ya se utilizan en cabezales de lectura de discos duros y, más recientemente, en la memoria integrada utilizada en teléfonos inteligentes para su funcionamiento con bajo consumo de energía. Es posible que algún día esta tecnología se emplee en otras aplicaciones computacionales, especialmente a medida que la eficiencia energética y la miniaturización adquieran cada vez más importancia.
La termodinámica es una rama fundamental de la física que gobierna muchos aspectos del comportamiento de los materiales, desde una cuchara de metal que se calienta en una taza de café caliente hasta la forma en que los gases se expanden y ejercen presión. En la microescala, donde la mecánica cuántica reina y la física tradicional se queda corta, los científicos descubrieron previamente efectos relacionados con el espín que parecían diferentes de la termodinámica regular, que estudia los estados de equilibrio de los sistemas.
"Anteriormente se suponía que en estados de desequilibrio, donde la energía se bombea o se extrae constantemente del sistema, la termodinámica no se puede aplicar", dijo Joseph Heremans, autor principal del artículo y profesor eminente de ingeniería mecánica Francis Hobart Vinton de Purdue. "Lo que descubrimos es que las nanopartículas magnéticas giratorias se comportan según las mismas leyes que las moléculas de un gas".
Este descubrimiento allana el camino para futuras investigaciones sobre los principios termodinámicos de la materia a escala cuántica, que sigue siendo una frontera poco explorada. Los hallazgos se alinean con los esfuerzos de Heremans y su equipo para desarrollar un mejor marco teórico que se acerque más al comportamiento de los materiales a nanoescala del mundo real.
El equipo de investigación utilizó un enfoque computacional para modelar un sistema de nanopartículas magnéticas suspendidas en un fluido. Cuando se las somete a un campo magnético oscilante, que ejerce un par, las nanopartículas comenzarían a girar. Cuanto más rápido giraban, más calientes se volvían. Este hallazgo llevó a los investigadores a darse cuenta de que las partículas que giraban, actuando como si fueran átomos o moléculas individuales, en realidad se comportaban como un gas que obedecía las leyes de la termodinámica.
"El objetivo principal de esta investigación era intentar cerrar la brecha entre la física fundamental y las aplicaciones prácticas de los dispositivos", dijo Heremans. "Cuando se trata de dispositivos prácticos, no solemos medir las partículas individualmente:medimos el comportamiento total de todo el material, por eso utilizamos conceptos como temperatura, presión y flujo de calor".
El estudio fue publicado en Physical Review Letters el 24 de febrero.
