Crean un metamaterial a base de imanes minúsculos que imita el vapor, el agua y el hielo

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Investigadores del Instituto Paul Scherrer (PSI), en Suiza, han creado un material sintético de mil millones de pequeños imanes. Sorprendentemente, parece que las propiedades magnéticas de este llamado metamaterial cambia con la temperatura, por lo que puede adoptar diferentes estados; al igual que el agua tiene estados gaseoso, líquido y sólido.

Este material hecho de nanoimanes podría refinarse para aplicaciones electrónicas del futuro, como para la transferencia de información más eficiente.

Un material sintético -creado a partir de mil millones de nanoimanes- asume diferentes estados dependiendo de la temperatura: las llamadas transiciones de fase que exhiben los metamateriales, igual que las que existen entre el vapor, el agua y el hielo. Un equipo de investigadores encabezados por Laura Heyderman de PSI, observaron este efecto.

"Nos quedamos sorprendidos y emocionados -explica Heyderman-. Sólo los sistemas complejos son capaces de mostrar las transiciones de fase". Y como los sistemas complejos pueden proporcionar nuevas formas de transferencia de información, el resultado de la nueva investigación también revela que el metamaterial de los investigadores de PSI sería un potencial candidato.

La principal ventaja de este metamaterial sintética es que se puede 'customizar' prácticamente libremente. Aunque los átomos individuales en un material natural no se pueden reorganizar con una precisión milimétrica en una escala tan grande, los investigadores dicen que esto es posible con los nanoimanes.

Los imanes tienen sólo 63 nanómetros de largo y una forma similar a los granos de arroz. Los científicos de este trabajo utilizaron una técnica muy avanzada para colocar mil millones de estos pequeños granos en un sustrato plano para formar un patrón como el de un panal a gran escala, con los nanoimanes cubriendo una superficie total de 5 por 5 milímetros.

Gracias a una técnica de medición especial, los inivestigadores estudiaron inicialmente el comportamiento magnético colectivo de su metamaterial a temperatura ambiente, detectando que no había orden en la orientación magnética: la polos magnéticos del norte y el sur apuntaban al azar en una dirección u otra.

Sin embargo, cuando los expertos enfriaron el metamaterial gradual y constantemente, identificaron un punto en el que apareció un orden predominante: los imanes diminutos ahora se notaban entre sí más que antes.

A medida que la temperatura se redujo aún más, hubo otro cambio hacia un orden aún mayor, en el que la disposición magnética apareció casi congelada. El orden de largo alcance de moléculas de agua aumenta de una manera similar en el momento en el que el agua se congela en hielo. "Nos quedamos fascinados por el hecho de que nuestro material sintético muestra este fenómeno cotidiano de una transición de fase", dice Heyderman.

En un siguiente paso, los investigadores podrían influir en estas transiciones de fase magnéticas mediante la alteración del tamaño, la forma y la disposición de los nanoimanes. Esto permite la creación de nuevos estados de la materia, lo que también es posible que dé lugar a aplicaciones: "La belleza de todo esto es que las transiciones de fase a medida podrían permitir que los metamateriales se adapten específicamente a diferentes necesidades en el futuro", explica Heyderman.

Además de su uso potencial en la transferencia de información, el metamaterial también podría resultar útil en el almacenamiento de datos o para los sensores que miden los campos magnéticos y, muy en general, podría emplearse en la espintrónica.

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