Descubren un nuevo efecto magnetoeléctrico

La electricidad y el magnetismo est√°n estrechamente relacionados: Los cables por los que circula una corriente el√©ctrica generan un campo magn√©tico, los imanes giratorios en un generador producen electricidad. Sin embargo, el fen√≥meno es mucho m√°s complicado: las propiedades el√©ctricas y magn√©ticas de ciertos materiales tambi√©n est√°n acopladas entre s√≠. Las propiedades el√©ctricas de algunos cristales pueden ser influenciadas por campos magn√©ticos, y viceversa. En este caso se habla de un “efecto magnetoel√©ctrico”. Ello desempe√Īa un importante papel tecnol√≥gico, por ejemplo en ciertos tipos de sensores o en la b√ļsqueda de nuevos m√©todos de almacenamiento digital de datos.

Un material especial, anteriormente investigado pero del cual, a primera vista, no se esperar√≠a ning√ļn efecto magnetoel√©ctrico, ha resultado tenerlo. Esto se ha averiguado recientemente mediante los experimentos cuidadosos de una nueva investigaci√≥n. De todos modos, el efecto observado en este material funciona de manera completamente diferente a lo habitual. El efecto puede ser controlado con un alto grado de sensibilidad: incluso peque√Īos cambios en la direcci√≥n del campo magn√©tico pueden cambiar las propiedades el√©ctricas del material a un estado completamente diferente.

Esta investigación pionera sobre el nuevo efecto magnetoeléctrico la ha realizado el equipo de Andrei Pimenov y Lukas Weymann, del Instituto de Física de Estado Sólido en la Universidad Tecnológica de Viena en Austria.

“Que las propiedades el√©ctricas y magn√©ticas de un cristal est√©n acopladas o no depende de la simetr√≠a interna del cristal”, explica Pimenov. “Si el cristal tiene un alto grado de simetr√≠a, por ejemplo, si un lado del cristal es exactamente la imagen especular del otro lado, entonces por razones te√≥ricas no puede haber efecto magnetoel√©ctrico”.

Esto se aplica al cristal investigado, hecho de lantano, galio, silicio y ox√≠geno, dopado con √°tomos de holmio. Tal como explica Pimenov, la estructura del cristal es tan sim√©trica que en realidad no deber√≠a permitir ning√ļn efecto magnetoel√©ctrico. Y en el caso de los campos magn√©ticos d√©biles no hay, en efecto, ning√ļn acoplamiento con las propiedades el√©ctricas del cristal. Pero si se procede a aumentar la fuerza del campo magn√©tico, algo notable sucede: los √°tomos de holmio cambian su estado cu√°ntico y ganan momento magn√©tico. Esto rompe la simetr√≠a interna del cristal”.

Desde un punto de vista puramente geom√©trico, el cristal sigue siendo sim√©trico, pero tambi√©n hay que tener en cuenta el magnetismo de los √°tomos, y esto es lo que rompe la simetr√≠a. Por lo tanto, la polarizaci√≥n el√©ctrica del cristal puede ser cambiada con un campo magn√©tico. “La polarizaci√≥n es cuando las cargas positivas y negativas del cristal se desplazan un poco unas respecto a las otras “, explica Pimenov. “Esto se puede lograr con un campo el√©ctrico, pero debido al efecto magnetoel√©ctrico tambi√©n es posible lograrlo usando un campo magn√©tico”.

Cuanto m√°s fuerte es el campo magn√©tico, m√°s fuerte es su efecto sobre la polarizaci√≥n el√©ctrica. “La relaci√≥n entre la polarizaci√≥n y la fuerza del campo magn√©tico es aproximadamente lineal, lo cual no es nada inusual”, explica Pimenov. “Lo que es notable, sin embargo, es que la relaci√≥n entre la polarizaci√≥n y la direcci√≥n del campo magn√©tico es fuertemente no lineal. Si cambiamos un poco la direcci√≥n del campo magn√©tico, la polarizaci√≥n puede trastocarse completamente. Esta es una nueva forma del efecto magnetoel√©ctrico que no se conoc√≠a antes”. As√≠ que una peque√Īa rotaci√≥n puede decidir si el campo magn√©tico puede cambiar la polarizaci√≥n el√©ctrica del cristal o no. (Fuente: NCYT de Amazings)