El susurro de los átomos: cómo un cristal caliente revela sus secretos exprés
Si calientas un cristal, sus átomos empiezan a vibrar con más fuerza, como cuerdas tensadas más o menos. En el cristal LaCoO3 (un compuesto de lantano, cobalto y oxígeno), al calentarlo de 2 a 650 K ocurren dos reorganizaciones importantes: alrededor de 100 K cambia el estado magnético de los iones de cobalto, y alrededor de 550 K el material pasa de aislante a conductor. Entre estas temperaturas, los físicos notaron un comportamiento inusual en una de las vibraciones de los átomos de oxígeno.
Esta vibración, con una energía de unos 10 meV (milielectronvoltios, una cantidad de energía diminuta, como el temblor apenas perceptible de una cuerda), se vuelve anómalamente blanda. Una vibración blanda es como una cuerda que se ha aflojado: tiembla más lento y con mayor amplitud. Este ablandamiento ocurre solo en un punto concreto de la "afinación" del cristal: en el vector de onda q = (1/2, 1/2, 1/2). Es como si una nota específica de un acorde empezara a sonar más fuerte y más grave.
Esta "nota" concreta coincide con la predicción hecha en 1958 por John Goodenough. Él sugirió que en este material los iones de cobalto podrían organizarse en un patrón ordenado de dos estados magnéticos diferentes, como un tablero de ajedrez donde se alternan imanes "fuertes" y "débiles". Ahora, el temblor de los átomos de oxígeno ha revelado que estos patrones realmente aparecen, aunque solo por un instante, como un destello, no como una imagen permanente.
La conexión entre el temblor de los átomos y las reorganizaciones magnéticas es la clave para entender cómo el material cambia sus propiedades. Cuando los electrones se reorganizan, alteran las fuerzas entre los átomos, y esto se nota en la "música" del cristal. Estas investigaciones ayudan a crear materiales con propiedades específicas, como termoeléctricos que convierten el calor en electricidad, o sensores inteligentes.
La energía de 10 meV corresponde a una temperatura de unos 116 K: más cálido que el nitrógeno líquido (77 K), pero más frío que un congelador.