dominio magnético

Una escalera cuyos travesaños son imanes diminutos. Si los imanes vecinos apuntan en direcciones opuestas, la escalera está «tranquila». Pero si se les obliga a apuntar en la misma dirección, toda la estructura se magnetiza y se vuelve «testaruda». Los científicos construyeron esta escalera con átomos de germanio, un semiconductor con el que se fabrican transistores.

Una película magnética de tres milésimas de milímetro de espesor reposa sobre un sustrato cristalino. Si se la excita, ondas de magnetización se propagan por ella, como círculos en el agua. Simultáneamente, en el sustrato pueden surgir vibraciones elásticas, similares al temblor de una cuerda tensa.

La cuerda de una guitarra sigue vibrando incluso después de que el músico la suelta, y esa vibración modifica el sonido que escucha el oyente.

Un océano que impregna todo el espacio permanece invisible para nosotros. Ese océano es la materia oscura, y las olas en su superficie son partículas llamadas axiones. Son tan ligeros y escurridizos que atraviesan la Tierra sin siquiera notarla.

Una peonza gira tan rápido que está a punto de despedazarse. Añádele un imán potentísimo — tan fuerte que, si estuviera en lugar de la Luna, borraría los datos de todas las tarjetas de crédito de la Tierra. Eso es un magnetar: un resto estelar ultradenso, un conglomerado de materia donde una cucharadita pesa como una montaña.

Un imán normal de nevera atrae el hierro porque en su interior todas las diminutas agujas magnéticas apuntan en la misma dirección. Pero hay materiales donde las agujas se ordenan de forma más retorcida: las filas vecinas apuntan en direcciones opuestas y desde fuera parece que no hay magnetismo. A estos materiales se les llamó altermánes.

Un diapasón al que se le da un golpe se apaga: sus vibraciones se escapan al aire. Pero existen sistemas donde la oscilación no se amortigua, aunque alrededor haya muchas ondas libres dispuestas a llevarse la energía. Estos estados 'atrapados' son lo que los físicos llaman estados ligados en el continuo (BIC, por sus siglas en inglés).

En una película delgada de óxido de níquel, las regiones magnéticas, como piezas de un mosaico, se disponen en un orden estricto. Un solo pulso láser calienta el material al instante y el mosaico se desmorona: los dominios pierden su orientación y se mezclan.

Un cristal no crece como un todo único, sino como una ciudad de barrios: los granos. En cada barrio, los átomos están ordenados a su manera, y los límites entre ellos son como calles.

En las entrañas de cada disco duro o memoria USB se esconde un material que sabe "recordar" el campo eléctrico. Ese material se llama ferroeléctrico. Si se le aplica un voltaje, dentro del cristal se giran diminutas regiones: los dominios, como las agujas de una brújula. Giraste la aguja: escribiste un uno; la giras de vuelta: cero.

El cristal de fosfato de litio y cobalto se asemeja a un tablero de ajedrez, donde las casillas negras y blancas son regiones con direcciones opuestas de los momentos magnéticos de los iones de cobalto. Estas regiones se denominan dominios antiferromagnéticos y, hasta ahora, no era fácil verlos: los métodos convencionales requerían equipos sofisticados o dañaban la muestra.

Un haz de partículas cargadas, como una pluma fina, dibuja un patrón invisible sobre una película metálica. En los puntos que toca, el material altera el orden interno de sus átomos: de un empaquetamiento denso, similar a una pirámide de naranjas en una caja, los átomos se reorganizan en una estructura más suelta, como cubos apilados en una caja.

Una tira de goma común rellena de pequeñas limaduras de hierro no solo se dobla en un campo magnético: se anuda en un nudo estable. Este efecto fue predicho y reproducido en experimentos por físicos que trabajaron con un elastómero magnetoactivo: una base de silicona con partículas de hierro carbonílico.

Las capas retorcidas de átomos en un material forman un patrón de pequeñas regiones — los dominios — cada uno de los cuales puede estar electrizado en una de dos direcciones, como la aguja de una brújula que apunta al norte o al sur. Antes, estos materiales se estudiaban solo en conjunto, midiendo miles de dominios a la vez, y su comportamiento general era como un coro donde no se distinguen las voces individuales.

Un imán común se puede imaginar como una fila de soldados, todos mirando en la misma dirección. Un antiferromagneto está organizado de otra manera: los 'soldados' vecinos miran en direcciones opuestas, pero la fila en su conjunto permanece ordenada. Voltear tal fila es difícil: no reacciona a campos externos débiles.

Enfriaron el cristal a 228 grados bajo cero — y en su superficie apareció un patrón, como escarcha en el vidrio. Pero no lo dibuja la humedad, sino el campo magnético: diminutas partículas de hierro suspendidas en un líquido se depositan en las zonas magnetizadas y revelan su ubicación. Así funciona el método que usaron los autores del estudio.

La aguja magnética de una brújula siempre apunta al norte porque, en el interior del material, todos los imanes atómicos están alineados en la misma dirección. Pero hay materiales donde los átomos vecinos miran en direcciones opuestas, como filas de soldados que se han girado para quedar cara a cara. Estos materiales se llaman antiferromagnetos.

Dos péndulos unidos por un resorte de luz comienzan a oscilar al unísono, sin siquiera tocarse. En el mundo cuántico, tal sincronía significa algo más: las partículas pierden su individualidad y se convierten en un solo objeto.