vanadio

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.

La cámara no captura una carrera, sino una danza de átomos. En el dióxido de vanadio, la transición del estado aislante al metálico ocurre en billonésimas de segundo, pero hasta ahora nadie había visto cómo se mueven exactamente los átomos de vanadio y oxígeno.

Un haz de luz normalmente viaja en línea recta, pero se puede hacer que gire alrededor de su eje, como el agua que se arremolina al desaguar. Esta luz 'vortical' transporta más información y es necesaria para comunicaciones ultrarrápidas y computación cuántica. El problema es que antes se requerían grandes lentes, espejos y un ajuste preciso: toda una mesa óptica.

Un electrón extra en una molécula es como un pasajero que apenas se aferra al estribo de un tren en marcha. Ese "pasajero" convierte a la partícula en un anión, un ion negativo. Estudiarlo es difícil: el enlace es débil, la nube electrónica está difuminada, y cualquier empujón puede arrancar el electrón.

En un cristal, los electrones no se distribuyen al azar. Sus ondas obedecen la simetría de la red, como las ondas en el agua adoptan la forma del aro que se lanza en ella. El nuevo trabajo muestra que, en puntos de alta simetría, esas ondas deben tener nodos: lugares donde la densidad electrónica es estrictamente cero.

En el mundo del magnetismo imperó durante mucho tiempo una simple dicotomía: los ferromagnetos, donde todos los espines apuntan en la misma dirección, y los antiferromagnetos, donde se ordenan en un patrón de damero, compensándose mutuamente.

Las partículas magnéticas están unidas a la superficie del diamante mediante hebras de ADN, como marionetas con cuerdas. Bailan sin cesar impulsadas por el movimiento térmico de las moléculas del líquido. La viscosidad marca el ritmo: en la miel las partículas apenas tiemblan, en el alcohol danzan rápido.

La pista de baile está llena de parejas que giran en un vals. Normalmente, los compañeros se mueven en direcciones opuestas: uno da un paso hacia adelante, el otro hacia atrás, para mantener el ritmo común.

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.

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.

En una molécula, similar a la clorofila y construida a partir de carbono, un átomo de metal en el centro funciona como un interruptor. Desplazándolo una fracción de nanómetro, se puede hacer que la molécula brille, se apague o amplificar su brillo cientos de veces.

Una cesta tejida con mimbre mantiene su forma gracias al entrelazado. Un patrón similar —triángulos unidos en una red plana— se ha descubierto en un nuevo cristal con fórmula Cs₃V₉Te₁₃. Aquí, los átomos de vanadio forman dos conjuntos de triángulos que se atraviesan mutuamente, como hilos en una tela.

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.

Los momentos magnéticos en un cristal se asemejan a las agujas de brújulas fijadas en los nodos de la red. En estado normal se alinean en un orden preciso, pero si una onda electromagnética golpea el cristal, las agujas comienzan a oscilar, como espigas de trigo bajo el viento. Estas oscilaciones se denominan magnones y transportan energía sin que los propios átomos se desplacen.

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.

Convertir gases ligeros, como el hidrógeno y el nitrógeno, en metal es un viejo sueño de los físicos. En un nuevo experimento, el nitrógeno se comprimió a 130–140 gigapascales (presión equivalente a 14 millones de kilos sobre una uña) y se calentó a 3000°C.

Una diminuta partícula de óxido de vanadio se comporta como una ventana de transparencia regulable: en un estado deja pasar la luz infrarroja, y en otro comienza a absorberla. El cambio no ocurre de golpe, sino de forma gradual, como si se girara el mando de un regulador que ajusta la intensidad de una lámpara.

Un cristal de una sola capa atómica es como una hoja de papel en la que se puede escribir con electricidad. Este material promete convertirse en la base de microchips diminutos y rápidos. Pero antes de lanzarlo a producción, hay que saber exactamente de qué está hecho. Y aquí resulta que la fórmula habitual no cuadra.

El óxido de vanadio es un material que puede ser aislante, sin conducir corriente, o conductor, como un metal. La conmutación tarda billonésimas de segundo, y sobre esto se quieren construir dispositivos electrónicos ultrarrápidos. Pero cómo ocurre exactamente fue durante mucho tiempo un misterio.

Normalmente, para invertir un imán en un dispositivo de memoria se utilizan metales pesados como el platino o el tungsteno. Sus electrones, al fluir la corriente, se desvían lateralmente, como una multitud en una escalera mecánica, y esa desviación transmite un momento de rotación a la capa magnética. Pero los metales pesados son caros y pierden mucha energía en forma de calor.

Calienta un reloj de cuarzo común diez grados y empezará a atrasarse segundos por día. Los relojes atómicos son más precisos, pero ocupan un armario entero. Un diamante con un diminuto defecto —la vacancia de nitrógeno— promete la precisión de un reloj atómico en el volumen de un grano de arena.

Un nuevo material magnético está estructurado como una pila de tortitas: en cada capa todas las «flechas» atómicas apuntan en la misma dirección, pero la capa vecina está magnetizada en la dirección opuesta. El patrón de triángulos —la red kagome— está distorsionado porque algunos átomos se sustituyeron por pesas de germanio.

La carga electrónica es como una planta rodante que cambia de campamento según la energía. En el cristal de diseleniuro de wolframio (WSe₂) esto se ve con total claridad: a un voltaje de −1.4 V, cercano al punto K de la zona de Brillouin, los máximos de corriente túnel aparecen en los centros de los hexágonos, donde no hay átomos.

Un diapasón suena cuando se le golpea. Sus puntas vibran y el sonido se escucha hasta que la vibración se extingue. En el mundo cuántico también existen «diapasones»: por ejemplo, un defecto en un diamante que responde a un campo magnético, y un tubo de carbono capaz de vibrar a frecuencias miles de…