Por qué unas inclusiones diminutas hacen más fuerte al imán
Un imán se puede comparar con una orquesta: los violines y las trompetas tocan partituras distintas, pero juntos producen un sonido potente. En el material laminar Fe5GeTe2 al que se añadió níquel, el papel de esos instrumentos lo asumen unas regiones diminutas de otra fase: las nanosegregaciones de Fe6GeTe2. Son ellas, y no el níquel en sí, las responsables de que el material siga siendo magnético a una temperatura de 478 kelvin, es decir, a 205 grados Celsius. Es la temperatura de Curie más alta entre los ferromagnetos de van der Waals volumétricos.
Durante mucho tiempo no estaba claro por qué añadir níquel, que por sí solo no es magnético en este sistema, eleva la temperatura de Curie en más de 170 kelvin, aunque la magnetización total disminuye. Los científicos examinaron el cristal desde distintos ángulos: lo atravesaron con un haz de electrones, midieron la difracción de rayos X, tomaron mapas de magnetización con una resolución de unos 10 nanómetros e incluso se asomaron a la estructura de espín de las bandas electrónicas. Resultó que en los dominios ricos en hierro todas las posiciones del hierro, incluida la Fe(1), normalmente semivacía, están ocupadas casi por completo. Esa es la fase Fe6GeTe2, que en estado puro se encuentra al borde de la estabilidad y hasta ahora solo se había cultivado con una temperatura de Curie un 25% más baja.
Ahora la orquesta suena afinada. Antes no se entendía por qué añadir níquel al Fe5GeTe2 eleva la temperatura de Curie hasta los 478 K récord, aunque la magnetización total disminuye, ni cuál era el papel de la separación de fases observada. Ahora está claro: la alta temperatura de Curie surge de las nanosegregaciones de la fase Fe6GeTe2, estabilizadas por la deformación, y dentro de esa fase las distintas posiciones del hierro se reparten las funciones. Este mecanismo abre el camino a la ingeniería atómica de metales magnéticos de van der Waals mediante el control de las nanosegregaciones, de forma análoga a las aleaciones metálicas clásicas, donde las nanosegregaciones se usan desde hace tiempo para controlar las propiedades. La utilidad práctica ya se vislumbra: el método de controlar las nanosegregaciones puede servir para crear magnetos de van der Waals con una temperatura de Curie y una coercitividad a medida, algo importante para la espintrónica y la memoria magnética.
La temperatura de Curie de 478 K en el (Ni0.36Fe0.64)5.38GeTe2 es la más alta entre los ferromagnetos de van der Waals en volumen, y supera en casi un 75% la temperatura de Curie del níquel puro (627 K), aunque el níquel en este sistema es por sí mismo no magnético. En estado puro, la fase Fe6GeTe2 obtenida se había predicho como situada en el límite de la estabilidad termodinámica, y hasta ahora solo se había logrado crecer por vía epitaxial, con una temperatura de Curie un 25% inferior a la de los nanoprecipitados.
La idea de nanoprecipitados que estabilizan una fase inusual y confieren al material propiedades récord resuena con el concepto de 'polvo inteligente' de la ciencia ficción, donde partículas microscópicas generan colectivamente una respuesta macroscópica. En la novela 'El invencible' de Stanisław Lem, micropartículas auto-organizadas producen un comportamiento complejo, de forma parecida a como los nanoprecipitados de Fe6GeTe2 gobiernan el ferromagnetismo de todo el cristal.