Los materiales magnéticos han sido tradicionalmente clasificados en dos categorías principales: ferromagnéticos y antiferromagnéticos. Sin embargo, en los últimos años, los físicos han descubierto la existencia de una nueva clase de materiales magnéticos, conocidos como altermagnéticos, que presentan características tanto de los antiferromagnéticos como de los ferromagnéticos.
Los altermagnéticos son materiales magnéticos que no poseen una magnetización neta, es decir, sus momentos magnéticos atómicos se cancelan entre sí, similar a lo que ocurre en los antiferromagnéticos. No obstante, también rompen la degeneración de espín, es decir, la igualdad de energía habitual entre electrones de espín «arriba» y «abajo», como sucede en los ferromagnéticos.
Avances en el estudio de altermagnéticos
Investigadores del Laboratorio de Materiales de Songshan Lake, la Universidad del Sur de Ciencia y Tecnología de China, y la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong, entre otros centros de investigación en China, han trabajado en el desarrollo de un altermagnético en capas que puede generar corriente de espín no colineal. Este altermagnético metálico a temperatura ambiente fue descrito en un artículo publicado en Nature Physics.
Según Chaoyu Chen, autor principal del estudio, «tradicionalmente, hay dos formas de generar estados polarizados por espín en materiales cuánticos. Una se basa en materiales no magnéticos con fuertes acoplamientos espín-órbita y ruptura de simetría de inversión. La otra se basa en ferromagnéticos, donde los electrones se polarizan por momentos magnéticos.»
Recientemente, se ha propuesto teóricamente que algunos antiferromagnéticos con ciertas simetrías, denominados altermagnéticos, también pueden polarizar electrones. Este hallazgo ha desatado un creciente interés en la investigación de materiales altermagnéticos, que podrían ser fundamentales para el desarrollo de nuevas tecnologías, especialmente en el campo de la espintrónica, donde se utilizan tanto el espín como la carga de los electrones para almacenar, transferir y procesar información.
Chen menciona que «los altermagnéticos combinan las ventajas de los ferromagnéticos, como la polarización de espín, el transporte Hall anómalo y el parpadeo de espín, con las características de los antiferromagnéticos, como la inexistencia de campo disperso y la dinámica de magnones en terahercios». Esto abre nuevas posibilidades en la física fundamental y en el diseño de dispositivos espintrónicos para el procesamiento y almacenamiento de información, lo que ha llevado a un aumento global en la búsqueda de materiales altermagnéticos.
La mayoría de los altermagnéticos investigados hasta ahora, como el MnTe, CrSb y Mn5Si3, presentan una estructura cristalina tridimensional, en lugar de en capas. Además, ninguno de estos candidatos ha logrado generar una corriente de espín pura, debido a limitaciones asociadas con su simetría o un orden magnético indeseado.
En este contexto, Chen y su equipo se centraron en la búsqueda de altermagnéticos en capas que pudieran producir corrientes de espín no colineales. Se han identificado compuestos relacionados con V2Te2O como candidatos a altermagnéticos bidimensionales desde 2021, lo que llevó a los investigadores a concentrarse en el Rb1-δV2Te2O.
Para demostrar que este material tiene un orden magnético a temperatura ambiente, el equipo midió su susceptibilidad magnética y utilizó espectroscopía de fotoemisión con resolución angular (ARPES) para mostrar que el material presenta una estructura de banda dividida por espín a bajas temperaturas y a temperatura ambiente. Además, se empleó ARPES resuelto por espín para confirmar la polarización de espín en la estructura electrónica del material.
Los investigadores también utilizaron técnicas de microscopía de túnel y espectroscopía para confirmar que la dispersión de electrones entre dos espines opuestos en Rb1-δV2Te2O es «prohibida», es decir, no puede ocurrir. Chen subrayó que «hemos realizado un altermagnético en capas con una prometedora generación de corriente de espín, lo que es notable dado que todos los candidatos a altermagnéticos introducidos anteriormente no son en capas y no son capaces de generar corriente de espín no colineal».
La naturaleza en capas de Rb1-δV2Te2O no solo promete avances en la búsqueda de nuevas fases cuánticas, como la superconductividad topológica y los aislantes de Chern/axión, sino que también ofrece diversas ventajas en materiales bidimensionales, que incluyen la posibilidad de realizar fases superconductoras/magnéticas novedosas mediante el efecto de proximidad, propiedades electrónicas ajustables a través de la compuerta y la tensión, así como el potencial para formar superrejillas torcidas.
En el futuro, el altermagnético identificado por este equipo de investigadores podría ser objeto de estudios más profundos y posiblemente utilizado para desarrollar nuevos dispositivos espintrónicos. El trabajo reciente de Chen y sus colegas podría inspirar a otros grupos de investigación a intentar la ingeniería de altermagnéticos similares a temperatura ambiente.
Chen concluyó que «ahora planeamos fabricar dispositivos de transporte de espín y medir directamente la corriente de espín basada en Rb1-δV2Te2O, lo que guiará la aplicación potencial en espintrónica».
