Los quasicristales (QCs) son materiales sólidos que han captado la atención de la comunidad científica debido a su intrigante disposición atómica. A diferencia de los cristales convencionales, donde los átomos se organizan en patrones periódicos, los QCs presentan un orden atómico de largo alcance que no se repite, lo que les confiere simetrías poco comunes. Desde su descubrimiento, que le valió un Premio Nobel a la ciencia, los investigadores en física de la materia condensada han centrado sus esfuerzos en comprender su orden magnético y explorar sus potenciales aplicaciones en áreas como la spintrónica y la refrigeración magnética.
Recientemente, se descubrió ferromagnetismo en quasicristales icosaédricos de oro-galio-tierra rara (Au-Ga-R). Sin embargo, los científicos no se sorprendieron por este hallazgo, ya que la periodicidad translacional, es decir, la repetición en la disposición de los átomos, no es un requisito para la aparición de un orden ferromagnético. En cambio, el antiferromagnetismo, otro tipo fundamental de orden magnético, es mucho más sensible a la simetría del cristal.
A pesar de que los teóricos han anticipado durante mucho tiempo la existencia de antiferromagnetismo en ciertos QCs, hasta ahora no se había observado de manera directa. La mayoría de los quasicristales magnéticos exhiben un comportamiento similar al de un vidrio de espín, sin señales de un orden magnético de largo alcance, lo que llevó a los investigadores a cuestionar si el antiferromagnetismo era compatible con la quasicrystalidad, hasta ahora.
Un avance significativo en la investigación de quasicristales
Un estudio reciente ha logrado descubrir antiferromagnetismo en un quasicristal real. El equipo de investigación, liderado por Ryuji Tamura del Departamento de Ciencia y Tecnología de Materiales de la Universidad de Ciencia de Tokio, realizó una serie de experimentos que han proporcionado la primera evidencia de este fenómeno en un quasicristal. En su trabajo, publicado en la revista Nature Physics, Tamura afirma: «Presentamos la primera evidencia experimental de antiferromagnetismo en un quasicristal icosaédrico».
Los investigadores identificaron un nuevo quasicristal de tipo Tsai, compuesto por oro, indio y europio (Au-In-Eu), que exhibe simetrías rotacionales de cinco, tres y dos pliegues. A través de mediciones de propiedades a granel y experimentos de neutrones, examinaron su naturaleza magnética. Las mediciones de susceptibilidad magnética mostraron un aumento abrupto a una temperatura de 6.5 Kelvin, lo que indica una transición antiferromagnética. Además, las mediciones de calor específico confirmaron que este aumento es consecuencia de un orden magnético de largo alcance.
Para validar sus resultados, el equipo realizó mediciones de difracción de neutrones en temperaturas de 10 K y 3 K. En el análisis, observaron picos de Bragg magnéticos adicionales a 3 K, lo que brinda evidencia clara de un orden antiferromagnético en un quasicristal real. Este descubrimiento resuelve un misterio que ha perdurado durante décadas en la ciencia de los materiales.
Los investigadores también encontraron que el quasicristal Au-In-Eu presenta una temperatura de Curie-Weiss positiva, a diferencia de otros quasicristales previamente estudiados que suelen tener una temperatura negativa. Curiosamente, al aumentar ligeramente la relación electrones por átomo mediante sustituciones elementales, la fase antiferromagnética desaparece, mostrando un comportamiento similar al vidrio de espín. Esto sugiere que los quasicristales con una temperatura de Curie-Weiss positiva favorecen el establecimiento de un orden antiferromagnético, lo que abre nuevas vías para el desarrollo de quasicristales antiferromagnéticos mediante el control de esta relación.
Este hallazgo no solo revitaliza la búsqueda de quasicristales antiferromagnéticos inexplorados, sino que también abre un nuevo campo de investigación sobre antiferromagnetos cuasicristalinos, con implicaciones que se extienden más allá de la spintrónica. Los quasicristales antiferromagnéticos podrían permitir funciones sin precedentes, como respuestas magnéticas ultrasuaves, y contribuir a la revolución en la tecnología de refrigeración magnética y en la creación de electrónica más eficiente energéticamente.
