Dos bailarines en un mismo escenario: uno tira de su pareja hacia un lado, el otro hacia el opuesto. En el cristal Cu2(OH)3Br, conocido como botallackita, los átomos de cobre se disponen en cadenas donde los espines (momentos magnéticos) de iones vecinos se alinean ya sea en paralelo, como en un ferromagneto, o en antiparalelo, como en un antiferromagneto. Estos dos subsistemas coexisten e influyen mutuamente, pero cómo exactamente un campo magnético externo reorganiza su danza seguía siendo un misterio.
Para observar esta danza, los científicos utilizaron espectroscopía de terahercios, un método que detecta oscilaciones de espines con frecuencias de alrededor de un billón de veces por segundo. Aplicaron un campo magnético de hasta 31 teslas (un millón de veces más intenso que el campo terrestre) a lo largo de diferentes ejes del cristal y monitorearon cómo cambiaba la absorción de radiación. Cuando el campo se dirigía perpendicular a las cadenas, a 5.4 teslas ocurría un giro brusco de los espines, la llamada transición spin-flop. Las modas de baja frecuencia desaparecían y en su lugar aparecían nuevas ramas de excitaciones.
Con el campo a lo largo de las cadenas, el panorama era diferente: no había giro brusco, pero a 16.3 teslas el subsistema ferromagnético quedaba completamente polarizado. El espectro se simplificaba a una única moda ancha que se volvía cada vez más rígida al aumentar el campo. Esto significa que el acoplamiento entre los dos subsistemas se debilitaba: las cadenas ferromagnéticas se congelaban, mientras que las antiferromagnéticas continuaban su danza, pero ya en solitario.
Antes no se entendía cómo los magnones y spinones coexistentes intercambian energía cuando cambian las condiciones externas. Ahora queda claro: el campo actúa como un director de orquesta que a veces obliga a los bailarines a cambiar de paso bruscamente y a veces aparta suavemente a uno de ellos. La comparación de los espectros con diferentes orientaciones del campo permitió separar las contribuciones de cada subsistema y observar cómo se debilita su acoplamiento en campos intensos.
Esto es conocimiento puro: por ahora no se vislumbran aplicaciones prácticas. Pero abre el camino para entender las transiciones de fase cuánticas en imanes de baja dimensionalidad, donde las excitaciones colectivas y fraccionarias se entrelazan como los pasos de dos bailarines. Y quizás algún día esta danza pueda enseñarnos a controlar nuevos materiales.
El cristal Cu2(OH)3Br se conoce como botallackita y fue descrito por primera vez en 1948. Su estructura recuerda a una escalera de iones de cobre, donde los 'peldaños' ferromagnéticos y antiferromagnéticos se alternan.