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La temperatura de una habitación baja varios grados mientras el refrigerador funciona sin un solo compresor en movimiento. Dentro no hay freón, sino un trozo de metal que se imana y se desimana.

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 laboratorio de ensayos mecánicos se parece a una cocina donde el chef prueba un plato para adivinar la receta. Para un material anisótropo, uno que es más rígido a lo largo de las fibras que a través de ellas, una sola prueba no basta. Se necesitan tres, o incluso más, ensayos separados, cada uno con su propia probeta.

Una navaja suiza es simple: una sola carcasa, muchas hojas, cada una para su tarea. Sacas la que necesitas y trabajas. En ciencia de materiales, las redes neuronales de grafos durante mucho tiempo se parecieron a un conjunto de herramientas dispersas: MEGNet estaba en el cajón de TensorFlow, M3GNet en el de PyTorch, y CHGNet en una caja aparte con sus propios scripts.

En 1903, Fritz Heusler descubrió la aleación Cu₂MnAl, que se comportaba como un imán aunque ninguno de sus metales constituyentes lo fuera. Desde entonces, la familia de las aleaciones de Heusler ha crecido hasta tres mil compuestos, y entre ellos Co₂FeGe es un material que atrae la atención de los físicos por su alta temperatura de Curie y sus perspectivas en…

Dos traductores escuchan la misma sinfonía. Uno solo percibe la nota fundamental: una melodía limpia y predecible. El otro capta los armónicos que tiñen cada nota.

Dentro de un yunque de diamante, un dispositivo donde dos diamantes comprimen una muestra hasta cientos de gigapascales, la presión se distribuye de manera desigual. Algunas zonas están más comprimidas, otras menos.

Usando un método parecido a la espectroscopia (sondeo magnético), los científicos hacen pasar corriente a través de una película multicapa y observan hacia dónde apuntan las agujas magnéticas microscópicas en su interior. Antes todo era predecible: en unos materiales las agujas se alineaban solo a lo largo de la corriente, en otros estrictamente en perpendicular.

En el diamante se puede incrustar un «espía». Basta con sustituir un átomo de carbono por nitrógeno: se obtiene un defecto que reacciona al campo magnético y emite una señal luminosa.

La materia es como una casa. En algunas habitaciones reina el orden estricto de un cristal, donde cada átomo está en su lugar. En otras, el caos del helio superfluido, donde los átomos se olvidan de sus vecinos. Un superconductor, según John Bardeen, es una sala de estar perfecta sin puertas: al campo magnético no se le deja entrar.

En un imán común, todos los espines de los electrones (esas diminutas ‘flechas’ magnéticas internas, descubiertas por Pauli) apuntan en la misma dirección. Los altermagnetos, como el MnTe, son más complejos: la orientación de estas flechas se alterna, como las ondas en el agua que se expanden al lanzar una piedra.

La superfluorescencia es la exhalación sincronizada de luz de un cristal. Los investigadores acaban de presenciar su imagen especular: la superabsorción, una inhalación coordinada. Bombardearon nanocristales de perovskita baratos con pulsos láser (spectroscopy) y vieron un estallido de absorción en reversa temporal.

El diseleniuro de niobio es un material laminar que conduce corriente sin resistencia a bajas temperaturas. Si entre sus capas se entretejen átomos de níquel, como hilos adicionales en un tejido, la superconductividad desaparece.

Los relojes atómicos convencionales se basan en la espectroscopía, el conteo de las oscilaciones de los electrones. Los relojes nucleares de torio-229, en cambio, apuntan al propio núcleo.

Las plantas emplean un ejército de mensajeros perfectos para entregar energía. Cada fotón de luz solar es absorbido y su energía se transfiere al instante —casi sin pérdidas— a los centros de reacción, donde se sintetizan nutrientes.

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.

Para fusionar dos núcleos atómicos, hay que superar su feroz repulsión eléctrica, como juntar dos toros enfurecidos. En condiciones normales, solo ayuda una energía monstruosa, como en los núcleos estelares, donde Hans Bethe ya explicó la fusión en los años 30.

Dos piezas de grafito se frotan entre sí y la resistencia desaparece, como si una película invisible de aceite las separara. Antes, esto solo se veía bajo el microscopio, en puntos de contacto diminutos.

En el cristal de diamante hay grietas invisibles: las dislocaciones. Son lugares donde las filas de átomos están desplazadas, como si en una pila de papel se hubiera sacado una hoja a medias. Alrededor de estos lugares se genera tensión, y esta afecta a cómo el material se rompe, se dobla o conduce la electricidad.

Una cámara que ve el ultravioleta suele costar lo mismo que un buen automóvil. Todo porque necesita un cristal especial y una fábrica compleja.

Una película delgada de un compuesto de bismuto y selenio reposa sobre un sustrato. Un destello láser de una millonésima de milmillonésima de segundo la golpea. Cerca hay un imán cuyo campo es más débil que el de un imán de nevera.

La materia oscura es invisible, pero según los cálculos es lo que mantiene unidas a las galaxias. Atrapar sus partículas es como escuchar un susurro en una habitación ruidosa: se necesita un material que responda de forma fuerte y evidente al más mínimo empujón.

Un cristal sin centro de simetría se parece a una escalera cuyos peldaños están todos inclinados hacia el mismo lado: los electrones, al recibir el empujón de la luz, ruedan preferentemente en una dirección. Así nace la corriente continua: el efecto fotovoltaico.

Una fina lámina de carbono, similar a una delicada red de triángulos, hexágonos y octágonos, reposa sobre un sustrato. Por sí misma no es superconductora: los electrones se mueven en ella de manera desordenada, chocando con los átomos. Pero basta con estirar uniformemente esta lámina, como se tensa un lienzo sobre un bastidor, y el panorama cambia.

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.

Los modelos informáticos que predicen las propiedades de los materiales a nivel atómico suelen requerir un largo ajuste manual. Para que un modelo funcione con precisión, se le muestran numerosos ejemplos: cómo están dispuestos los átomos y cómo interactúan. Los científicos dedican semanas a seleccionar estos ejemplos a mano. El nuevo programa AutoPot lo hace por sí solo.

Dos electrones en un tubo estrecho no quieren estar cerca. Ambos tienen carga negativa y se repelen, como dos imanes con polos iguales enfrentados. Si el tubo es muy delgado, no pueden separarse lateralmente; solo les queda alinearse uno detrás del otro. Los físicos llaman a esto localización de Wigner: las partículas ocupan posiciones fijas, como cuentas en un hilo tenso.

Ladrillos de diferentes tamaños colocados en una misma pared dejan grietas en ella. Algo similar ocurre con los átomos en las aleaciones resistentes al calor: cuando dos metales distintos forman una red cristalina común y sus átomos difieren ligeramente en tamaño, aparece una tensión dentro del material. Esta se acumula y finalmente destruye la aleación al calentarse.

Un imán de nevera se sostiene gracias a diminutas agujas internas, cada una como una brújula en miniatura. Si golpeas el metal con un destello de luz ultracorto, esas agujas empiezan a agitarse caóticamente y el magnetismo se derrite en una millonésima de milmillonésima de segundo. Antes, ese 'derretimiento' era demasiado rápido para poder verlo.

Un intérprete se distrae con cada ruido en la sala y la reunión de una hora se convierte en dos. Algo parecido hacen las moléculas individuales atrapadas entre dos contactos metálicos: cambian constantemente de forma y de posición, y eso influye en cómo circulan por ellas la corriente y el calor.

Urano y Neptuno desconcertaron a los científicos durante mucho tiempo: sus campos magnéticos están muy inclinados y enredados, muy diferentes a los de la Tierra. La clave estaba en una forma inusual de agua: el hielo superiónico que llena sus profundidades.

Una lámina de germanano de un átomo de espesor descansa sobre un trozo de germanio, y la corriente fluye por ella como por una autopista sin semáforos. El germanano es una red plana de átomos de germanio cubierta de hidrógeno, primo del grafeno.

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.

Una gota de sangre cae sobre un apósito hecho de fibras poliméricas finísimas. Normalmente queda sobre la superficie, como una gotita de rocío sobre papel encerado. El material repele el agua y la sangre no se absorbe, así que el apósito no se adhiere a la herida. Los científicos modificaron la superficie de las fibras.

Una película delgada de perovskita cambia lentamente su estructura cristalina. Los átomos se reorganizan como pasajeros en un vagón abarrotado que poco a poco encuentran lugares más cómodos. Este proceso tomó varias horas, y durante todo ese tiempo los investigadores lo siguieron con rayos X. Resultó que la reorganización ocurre a dos ritmos diferentes.

Un trozo de cromo expuesto al aire se cubre en un minuto con una armadura invisible: una película de óxido. Esta protege al metal de la corrosión, pero para una batería es un problema: la película no deja pasar los iones de cromo y la corriente no fluye. Los científicos mezclaron cinco metales: cromo, bismuto, cobre, estaño y níquel.

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.

Un metal puede verse intacto, pero por dentro ya se está produciendo una separación silenciosa. En las aleaciones de hierro y cromo, a cierta temperatura, los átomos de cromo comienzan a agruparse en pequeñas islas, dejando a su alrededor zonas pobres en cromo.

Una película de óxido de rutenio es como la película de una burbuja de jabón estirada sobre un marco, pero hecha de átomos. Durante mucho tiempo se creyó que en esta película los átomos de rutenio se ordenaban magnéticamente, como agujas de brújula apuntando en direcciones opuestas.

Una diminuta esfera de diamante se hunde en un trozo de metal: así se comprueba la dureza de un material. Pero, ¿qué ocurre en el interior, bajo esa esfera? Un equipo de científicos tomó una aleación de molibdeno, tántalo y wolframio y se adentró en el mismísimo corazón de los átomos. El experimento se repitió en un ordenador, simulando millones de átomos.