temperatura de curie

Imaginen una orquesta en la que violines y trompetas tocan partituras distintas, pero juntos producen un sonido potente. En el cristal del imán laminar Fe5GeTe2 dopado con níquel, el papel de esos instrumentos lo asumen unas regiones diminutas de otra fase: los nanoprecipitados de Fe6GeTe2.

En una sala donde bailaban parejas empezó a sonar otra música, y las parejas que estaban alineadas en filas se pusieron de pronto a girar como remolinos. Así reorganiza el cristal magnético Fe3Ge su patrón interno cuando la temperatura sube por encima de 375 kelvin, es decir, unos cien grados de calor.

En el interior de la Tierra, a profundidades de entre 660 y 2900 kilómetros, se encuentra una capa llamada manto inferior. Allí la presión alcanza 1,3 millones de atmósferas y la temperatura es comparable a la de la superficie del Sol. En estas condiciones existe la davemaoíta, el tercer mineral más abundante del manto inferior.

Sintonizar una radio para captar una estación que cambia de frecuencia al cruzar la frontera entre fases: así puede imaginarse el reto que tenían los investigadores. En el metal YbRh2Si2, los electrones se comportan como partículas "pesadas": su masa efectiva es cientos de veces mayor que la del electrón libre.

Una orquesta congelada en la que los músicos cambian de asiento cuando el director, el magnetismo, marca una nueva partitura. En el cristal de espinela, los átomos de hierro y magnesio se sientan en dos tipos de butacas: unos rodeados por cuatro vecinos, otros por seis.

Una habitación insonorizada donde se afina un diapasón: el más mínimo susurro desajusta la afinación. En el mundo de las mediciones atómicas de alta precisión, ese susurro es el campo magnético.

Una fina película de nitruro de circonio descansa sobre un sustrato de óxido de magnesio. El espesor es de dos décimas de micra, como una telaraña, pero en su interior hierve una vida cuántica. Al enfriarse a medio kelvin, la superconductividad no desaparece de inmediato: se descompone en raros islotes que aún se mantienen en medio del desorden.

En el cristal laminar CrSBr, los momentos magnéticos de los átomos están alineados como notas en una partitura: dentro de cada capa apuntan en la misma dirección, y entre capas, en direcciones opuestas. Esta melodía antiferromagnética suena hasta 132 kelvin, y más allá, el movimiento térmico destruye el orden.

El grafeno, una lámina de carbono de un átomo de espesor, puede cambiar sus propiedades magnéticas como el agua cambia de forma: ora fluye, ora se congela en hielo. En el nuevo trabajo, los físicos han mirado por primera vez dentro de este proceso con un sensor del tamaño de la punta de una aguja.

Una hoja de papel con propiedades magnéticas: así es aproximadamente el nuevo material 1T-CrS₂. Sus capas están unidas por fuerzas débiles, como las páginas de un cuaderno, pero cada capa es un imán de verdad.

Una cascada que no se calienta al caer, sino que se congela: así se comporta el gas que fluye hacia una estrella de neutrones en un púlsar de rayos X cuando la estrella brilla débilmente. Normalmente, la materia que cae se calienta hasta el blanco, pero un nuevo estudio muestra lo contrario.

Dentro de los reactores destruidos de Fukushima yacen cientos de toneladas de combustible fundido: una mezcla de uranio, circonio, hierro y productos de fisión. Estos restos se denominan debris de combustible. Habrá que extraerlos, transportarlos y empaquetarlos de forma segura durante décadas.

La superconductividad y el campo magnético son enemigos eternos: el campo irrumpe como un torbellino, rompiendo el delicado emparejamiento de los pares de Cooper y destruyendo el orden.

Los mundos bidimensionales no dejan de asombrar: aquí incluso la fusión de un cristal no es una ruptura de simetría, sino un espectáculo de vórtices, descubierto por Kosterlitz y Thouless. En el corazón de este teatro están las singularidades topológicas, cuya energía y entropía negocian el orden.

Una larga cadena de átomos, y cada uno es un diminuto imán. Se comunican entre sí y con el campo externo, como músicos en una orquesta que escuchan tanto al director como a sus compañeros. Cuando el campo externo cambia, la orquesta o toca desafinada o todos los instrumentos entran sincronizados: eso es una transición de fase cuántica.

El té caliente en el congelador no se cubre de hielo de inmediato. Primero, diminutas agujas de hielo se agitan en él: aparecen y se derriten hasta que la temperatura baja lo suficiente para que el hielo se fije por completo. Más o menos así se comportaba el universo temprano cuando se enfriaba y cambiaba su estructura interna.

Un superconductor se parece a una ronda perfecta de electrones: se mueven en parejas sin perder energía, como bailarines que nunca pierden el ritmo. Pero basta con añadir algunas impurezas magnéticas, y en la ronda se cuelan intrusos que perturban el movimiento sincronizado. La temperatura a la que comienza este baile desciende.

Una barra de metal, al calentarse, de repente se vuelve rígida y, de paso, pierde o gana propiedades magnéticas. En aleaciones a base de níquel y manganeso, estas transformaciones no ocurren de forma gradual, sino de golpe: los átomos se reordenan en una nueva estructura y el material cambia su comportamiento.

Una olla con agua en la cocina: cuanto más caliente está el fuego, más rápido el hielo se convierte en agua y el agua en vapor. El calor destruye el orden. Pero a veces la naturaleza hace un truco: el calor hace que un líquido se congele, como un charco en una helada.

Cientos de personas en una pista de baile están a igual distancia unas de otras: un orden estricto, como en una red cristalina. La música lenta son las vibraciones térmicas, que hacen que los bailarines empiecen a balancearse ligeramente. Si la música se vuelve más fuerte y rápida, el orden se derrumba: todos se mezclan.

En el cristal de Rb1-xV2Te2O, los espines de los átomos de vanadio se ordenan en un patrón de tablero de ajedrez: cada espín está rodeado por espines opuestos. Este patrón se denomina antiferromagnetismo de tipo G.

Un cristal de hierro se asemeja a un mosaico de muchos granos densamente empaquetados. Donde un grano se encuentra con otro, surge un límite: una costura estrecha con un orden alterado. Es precisamente en estas costuras donde se esconden sorpresas para el magnetismo.

El óxido de rutenio fue considerado durante mucho tiempo un altermagneto ejemplar: un material en el que los momentos magnéticos de átomos vecinos apuntan en direcciones opuestas, pero no se compensan por completo debido a la simetría especial del cristal. Nuevas mediciones han demostrado que en el interior del cristal no hay magnetismo alguno.

En una película magnética delgada, como en una sala abarrotada, cada 'persona' es una flecha de espín que tiende a alinearse con sus vecinos. Pero en las esquinas de la sala se forman aglomeraciones: vórtices donde las flechas giran y no pueden alinearse.

El cristal de ferrita de estroncio se asemeja a un edificio de varios pisos donde en cada planta viven átomos de hierro. Algunas plantas "miran" hacia arriba, otras hacia abajo, y sus campos magnéticos se cancelan parcialmente entre sí.

El agua hierve a cien grados en una tetera, pero si se comprime fuertemente, se comporta de otra manera. De forma similar, los quarks y los gluones —los ladrillos que forman protones y neutrones— cambian sus propiedades en un campo magnético intenso.

Normalmente, la corriente en un metal actúa como agua hirviendo sobre el hielo: calienta el material y destruye el orden magnético. Pero en una estructura laminar de ditelururo de wolframio y el ferromagneto Fe3GeTe2, la corriente se comporta de otra manera.

Un trozo de aleación de europio e indio, al enfriarse en un campo magnético, se comporta como el agua que no se congela de una vez, sino primero en una esquina del vaso y luego en otra.

El cristal Fe₃Sn₂ se asemeja a una rejilla con patrón, donde los átomos de hierro se ubican en las esquinas de hexágonos. En condiciones normales, sus flechas magnéticas están alineadas como soldados en formación. Pero basta con comprimir el cristal para que la formación se rompa.

El frigorífico magnético del futuro no zumbará con un compresor. En su lugar, enfriará los alimentos gracias a que un material especial se calienta en un campo magnético y se enfría cuando el campo se retira. Este ciclo se asemeja a la compresión y expansión de un gas en un frigorífico convencional, pero en lugar de un pistón, actúa un imán.

Un magnetar es una estrella de neutrones con un campo magnético cientos de millones de veces más intenso que el de la Tierra. Si acercaras un imán común a un campo así, se desmagnetizaría al instante, y los átomos se estirarían formando hebras delgadas.

Los materiales magnéticos a veces se comportan como discutidores que no logran ponerse de acuerdo: unos enlaces entre átomos tiran hacia un lado y otros hacia el opuesto. Cuando hay muchos conflictos de este tipo, el sistema queda "frustrado": no puede encontrar un estado de reposo único.

El cristal cambia su geometría interna como el armazón de un edificio que se ladea ligeramente durante un terremoto.

Un imán, como la aguja de una brújula, prefiere apuntar en una dirección determinada. Pero, ¿y si el material es laminado, como una pila de panqueques? Los científicos tomaron un imán de este tipo, hecho de un compuesto de cromo, germanio y telurio, y decidieron averiguar cuánto se "resiste" al intentar girar su magnetización.

El cristal Pr₄Ni₃O₁₀ está dispuesto como un sándwich de tres capas: capas de óxido de níquel separadas por intercapas de praseodimio. Al enfriarse, se activan por turnos tres regímenes magnéticos — como si dentro del sándwich primero se alinearan los espines del níquel, luego se reordenaran ligeramente, y después se les unieran los espines del praseodimio.

Un trozo de combustible nuclear dentro del reactor no es solo un sólido. Al calentarse, los átomos de uranio comienzan a "mover" sus momentos magnéticos, y ese movimiento altera la conductividad térmica y otras propiedades.

En los sólidos, los átomos vibran transmitiendo el sonido. A veces, esta onda no viaja en línea recta, sino que se enrolla en espiral, como un sacacorchos entrando en un corcho. En cristales comunes, estos 'vórtices sonoros' se conocen, pero en materiales magnéticos no se habían podido observar durante mucho tiempo.

Los electrones en el cristal CrSb se comportan como un banco de peces: dentro del material se deslizan por sus 'pasillos', y en la frontera con el vacío se organizan en patrones caprichosos. Estos patrones son la superficie de Fermi, el mapa de todas las velocidades permitidas para los electrones. No se puede tocar con la mano, pero se puede 'palpar' con un campo magnético.

Un imán que se apila en capas, como una torre de panqueques: así es el material CrSBr. A bajas temperaturas, cada capa está magnetizada, pero las capas vecinas apuntan en direcciones opuestas, y sus campos magnéticos se cancelan entre sí. Este orden se llama antiferromagnético y es frágil: basta con calentar un poco el material para que las capas se desmagneticen.

Una película magnética dividida en diminutas celdas con flechas se comporta como una multitud en una plaza. Mientras hace frío, todas las flechas apuntan en la misma dirección: orden perfecto. Calienta la película y las flechas empiezan a agitarse como transeúntes que han perdido su rumbo.