dinámica de dominios magnéticos

En una olla con agua calentada con mucho cuidado por encima del punto de ebullición, el líquido permanece en calma. Pero la menor perturbación — y estalla convirtiéndose en vapor. Los físicos llaman a ese estado metastable: parece estable, pero en realidad está listo para destruirse ante cualquier nimiedad.

En una nube ultrafría de átomos, enfriada casi hasta el cero absoluto, aparecen regiones con diferente orientación de espín, como zonas con distinta magnetización. Los límites entre ellas se denominan paredes de dominio. Normalmente están inmóviles, pero en este experimento las paredes se pusieron en movimiento por sí solas.

Un agujero negro no es una aspiradora. Por sí mismo, no atrae todo con más fuerza que una estrella ordinaria de la misma masa. Pero si cerca de él hay un campo magnético y alrededor vuelan partículas cargadas, comienza un juego interesante.

El anillo se ensambló a partir de varios segmentos diferentes. En cada segmento, las partículas se comportan a su manera, como músicos con diferentes notas. Lo más interesante ocurre en las uniones: aquí las partículas a menudo se quedan atascadas, como un eco atrapado en un pasillo estrecho. Este fenómeno se llama efecto piel: las partículas se acumulan en el borde, como una multitud en la salida.

Un faro en alta mar no solo gira: su lámpara por sí misma a veces se atenúa y a veces se aviva. Más o menos así se comportan las enanas blancas magnéticas, restos superdensos de estrellas como nuestro Sol.

Las lentes y espejos de vidrio parecen perfectamente lisos e inmóviles. Pero en su interior hierve una vida oculta. Los átomos en un material amorfo (una sustancia sin red cristalina) están empaquetados de manera desordenada, y este desorden crea un paisaje energético complejo, como un país montañoso con innumerables colinas y valles.

Una diminuta esfera magnetizada flota en el vacío, sostenida por campos invisibles. Comienza a girar alrededor del eje del campo magnético, igual que una peonza a la que se le ha dado un ligero impulso. Esto es la precesión. Pero cuando la esfera se vuelve muy pequeña, entran en juego las leyes cuánticas.

Dentro de la supercomputadora, quince grumos de ondas estables —solitones— chocan para formar un halo de materia oscura. Estas ondas obedecen a la ecuación que a principios del siglo XX dedujo Erwin Schrödinger para los electrones, pero ahora dibujan el retrato de un gigantesco capullo galáctico.

Una piedra cae en un estanque y se forman ondas concéntricas en el agua. Pero una de las ondas, en lugar de expandirse, se adhiere a un pliegue invisible en la superficie y solo viaja a lo largo de él. Algo parecido han descubierto los físicos al recalcular el encuentro de la luz con una pared de dominio axiónica: una región estrecha donde el campo cambia de signo, como una cadena montañosa que separa dos laderas.

Dos hojas de papel apiladas, al calentarse, comienzan a deslizarse imperceptiblemente una sobre otra. Algo así ocurre con las capas de disulfuro de molibdeno, un material de un átomo de espesor. A temperatura ambiente, se deslizan espontáneamente a una velocidad de aproximadamente un metro por segundo.

Imagina una fila de fichas de dominó: al caer la primera, empuja a la siguiente y una onda recorre la cadena. La frontera entre las fichas caídas y las que siguen en pie es una imagen exacta de una pared magnética. En películas magnéticas microscópicas, estas paredes separan zonas con diferente magnetización.

Las mediciones magnéticas ordinarias solo ven la superficie del superconductor, donde interfieren barreras y flujos viscosos del campo magnético. En el interior, en el llamado estado intermedio, coexisten dominios superconductores y normales separados por paredes delgadas. Estas paredes pueden oscilar, pero era difícil escucharlas directamente.

Dos orillas superconductoras están unidas por un puente de material magnético. Dentro del puente hay una pared de dominio: un límite estrecho donde la magnetización se invierte, como una fila de soldados que cambia la dirección del paso.

Una alfombra está lisa, pero si la empujas desde un borde, se forman pliegues. En una película delgada de sulfuro de tántalo (1T-TaS2), los pliegues de electrones —las ondas de carga— se congelan como si la alfombra estuviera pegada al suelo. Para moverlas, hay que aplicar una fuerza.

Las nanopartículas de oro en líquido parecen pequeñas criaturas vivientes: cambian constantemente su estructura interna, como si respiraran. Los científicos lograron observar este proceso con un microscopio electrónico que toma imágenes cada milisegundo y una red neuronal que limpia las imágenes del ruido.

En la mayoría de los materiales magnéticos, la pared de dominio —el límite entre regiones con diferente magnetización— se mueve bajo la acción de una corriente en una dirección determinada por el sentido de la corriente.

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.

Dentro de un imán hay regiones donde todos los miniimanes atómicos apuntan en la misma dirección. Entre esas regiones hay una estrecha zona de transición donde la dirección de la magnetización gira suavemente. Esa zona se denomina pared de dominio. Antes se la consideraba sin masa: la empujabas y se detenía al instante.

En el cerebro de un ratón hay unos 70 millones de neuronas, y sus conexiones están lejos de repartirse por igual: algunas células apenas tienen un par de decenas de contactos, otras miles. Es como una ciudad con callejones tranquilos y plazas abarrotadas. Pero hasta ahora no estaba claro cómo afecta esa heterogeneidad al funcionamiento del cerebro.

Sobre la mesa hay un puñado de imanes redondos. Mientras no se tocan, están como caídos. Pero basta con enviar un breve pulso de corriente a través de ellos, y cada disco se voltea: el polo norte intercambia lugar con el sur.

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.