granate de itrio y hierro

La habitación de los espejos curvos: usted está en el centro y el eco de su voz regresa desde una dirección inesperada, amplificado y distorsionado. Así también las ondas de espín en una película magnética delgada, excitadas por una antena, se reflejan en los defectos y las irregularidades y crean un enredo de campos.

Sobre la mesa hay un trozo de grafito cultivado a partir de gas, como una capa en la pared de un reactor. Normalmente, ese material no sirve para convertir calor en electricidad: en su interior, los electrones y los huecos corren en direcciones opuestas y se anulan mutuamente.

Un cartógrafo que dibuja no montañas ni ríos, sino las conexiones invisibles entre electrones: así podría describirse la nueva red neuronal. En lugar de coordenadas atómicas, toma orbitales moleculares y traza un grafo donde los nodos son los orbitales y las aristas, sus medidas de entrelazamiento cuántico.

Una peonza magnética que no se cae. Una pequeña esfera de granate de hierro-itrio flota en el aire, sostenida por fuerzas invisibles. No es un truco, sino una trampa de Paul magnética: un campo magnético alterno que cambia rápidamente de dirección y evita que la esfera caiga, como un malabarista que lanza pelotas al aire. La esfera vibra, pero no cae.

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.

Dentro del cristal se despliega un ballet invisible: los momentos magnéticos de los átomos, como bailarines, a veces se alinean al unísono y otras se dispersan en contrafase. La coreografía la dicta el intercambio cuántico: una música sensible a la geometría de los enlaces.

En las profundidades, en el manto ardiente, el hierro lleva una doble vida. Puede ser divalente o trivalente, como una moneda que cae de cara o de cruz. De qué lado predomine depende cuánto oxígeno quede en la capa rocosa del planeta y cuánto se vaya al núcleo.

Un láser de fábrica, que en producción corta y suelda metal, se ha hecho funcionar por primera vez como acelerador de partículas. Los físicos tomaron un láser estándar de iterbio —cuyo núcleo es un cristal del tamaño de una palma— y convirtieron sus destellos en una herramienta para acelerar electrones hasta casi la velocidad de la luz.

El campo magnético de la Tierra, que hace girar la aguja de una brújula, es fuerte. El nuevo sensor detecta campos cien mil veces más débiles, y para ello no necesita ni helio líquido ni instalaciones voluminosas. Todo cabe en una placa de circuito impreso, igual que la que hay dentro de un teléfono inteligente.

Un material magnético dentro de un horno de microondas no es el protagonista más obvio de un trabajo científico.

Dos láminas de grafeno —una película de carbono de un átomo de espesor— sin giro recuerdan a un puerto atestado de bancos de arena: los iones de litio o encallan o pasan de largo sin detenerse. Pero un giro de 9,43° abre un canal perfecto. Los barcos-ión atracan con seguridad en los «muelles» de carbono y zarpan de inmediato sin perder velocidad.

Una lámina de grafeno de un átomo de espesor es como una malla metálica flexible por la que los electrones se mueven casi sin obstáculos. Apila dos de estas láminas con un ligero desplazamiento y las propiedades del material cambian drásticamente: puede convertirse en un aislante que no conduce la corriente.

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.

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.

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.

En el microcosmos siempre hay ruido. Incluso en el vacío absoluto algo tiembla, y estas fluctuaciones cuánticas interfieren con las mediciones precisas. Pero el ruido se puede «comprimir», como un globo inflable: si lo aprietas por los lados, un lado se adelgaza mientras el otro se hincha.

Si lanzas una piedra a un estanque, se forman ondas en el agua. En un material magnético también hay ondas, pero lo que oscila no son moléculas de agua, sino las direcciones de las flechas magnéticas de los átomos. Estas ondas se denominan magnones, y su comportamiento permite comprender mucho sobre las fuerzas invisibles entre los átomos.

Si lanzas una piedra a un estanque, se forman círculos en el agua. En un diminuto cristal magnético también hay ondas, solo que no oscila el agua, sino la dirección de la magnetización. Estas ondas se llaman ondas de espín. Se propagan por el cristal como ondulaciones en la superficie y pueden transportar información.

En una película magnética delgada, las ondas de espín se propagan como ondas en una cuerda tensa. Si añadimos tiras metálicas a la película, obtenemos un resonador parecido a una caja de música, donde algunas notas suenan fuerte y otras se apagan.

El campo magnético de la Tierra se asemeja a un río invisible que serpentea bajo nuestros pies. Los navegantes y los geólogos consultan los mapas de este río, pero los instrumentos toman lecturas solo en puntos aislados, y entre ellos quedan manchas blancas. Rellenarlas es como dibujar el cauce de un río a partir de unas pocas piedras encontradas en la orilla.

Los imanes en este cristal se comportan como invitados en una fiesta donde todos quieren sentarse en la misma silla. Nadie logra acomodarse del todo, y de ese caos nace un estado especial. En él, el momento de espín (lo que convierte a cada electrón en un pequeño imán) logra recorrer 480 micrómetros.

Las ondas en los imanes se parecen a las vibraciones de una cuerda: si tocas la cuerda, suena en una sola nota, pero con una excitación fuerte aparecen armónicos: sonidos en frecuencias múltiples.

Los materiales magnéticos pueden almacenar energía de oscilación, como un diapasón que sigue sonando después del golpe. Si se coloca un material así en una cavidad de microondas, sus oscilaciones (magnones) comienzan a interactuar con la luz (fotones).

Un trozo de plástico denso del tamaño de una moneda destella cuando una partícula invisible lo atraviesa. Así funcionan los centelleadores: materiales que convierten la radiación en luz débil. Por lo general, se fabrican con cristales frágiles o polímeros caros.

Un diminuto imán hecho de capas de azufre, cromo y bromo yace sobre la platina de un microscopio. Dentro de él, como invitados inesperados, se encuentran átomos de erbio, un metal de tierras raras. Estos átomos pueden brillar si se iluminan con un láser, y su luz revela lo que sucede a su alrededor.

Una onda ordinaria en un imán se parece a las ondas en el agua: cuanto más corta es la longitud de onda, mayor es su energía. Los físicos llaman a estas ondas magnones. Pero en una fina película de granate de bismuto e itrio se han logrado crear ondas con un comportamiento inverso: su energía disminuye al reducirse la longitud de onda. Son los antimagnones.

De un hilo fino, cientos de veces más delgado que un cabello humano, cuelga un peso similar al de una manzana pequeña. El hilo no se rompe y apenas estorba el balanceo del peso. Esta estructura es el corazón de una nueva balanza de laboratorio para medir la fuerza de atracción.

Una brújula magnética en un tubo de ensayo suena a truco de magia, pero es física pura. En una solución de fumarato (una sal del ácido málico), los núcleos de carbono-13 se comportan como pequeñas peonzas.

El grafeno es una lámina de carbono de un átomo de espesor. Si se corta en tiras estrechas, se obtienen nanocintas de grafeno. Sus propiedades dependen de cómo se corte la tira: como con un mismo trozo de tela se puede coser tanto un mantel liso como una falda plisada. En el nuevo trabajo, los químicos ensamblaron una cinta de forma asimétrica.

Las diminutas agujas magnéticas dentro del cristal de óxido de terbio e iridio se comportan de manera extraña: en lugar de alinearse a lo largo de su eje favorito, se colocan transversalmente. Este estado se forma por completo al enfriar hasta 1,5 kelvin, una temperatura más fría que la del espacio exterior.

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.