Un pequeño apretón revela nuevas pistas sobre un tipo inusual de imán

Científicos de la Universidad de Rice han descubierto nuevos conocimientos sobre el funcionamiento de un raro tipo de imán aplicando una presión suave a un cristal de sulfuro de hierro. Su investigación demuestra que exprimir el material altera dos de sus propiedades únicas simultáneamente, su débil señal magnética y la forma en que las corrientes eléctricas fluyen a través de él. Este descubrimiento proporciona una comprensión más detallada de los altermagnetos, una categoría de sustancias magnéticas recientemente identificada, y ofrece un método sencillo para manipular su comportamiento. El estudio se centró en una variante hexagonal de sulfuro de hierro, o FeS, que exhibe características que mezclan aspectos de dos tipos bien conocidos de imanes.

Al igual que los antiferromagnetos, sus campos magnéticos internos se anulan en gran medida, lo que impide la formación de un fuerte campo magnético externo. Sin embargo, a diferencia de los antiferromagnetos tradicionales, FeS todavía influye en el movimiento de electrones de maneras que podrían ser beneficiosas para futuras tecnologías electrónicas. Una característica notable de FeS es su producción de un fenómeno eléctrico inusual llamado efecto Hall anómalo, donde un pequeño voltaje se desarrolla perpendicular al flujo de corriente, incluso en ausencia de un campo magnético externo.

Pengcheng Dai, profesor de Física y Astronomía Sam y Helen Worden de Rice y coautor del estudio, explicó que la observación simultánea de la señal magnética débil del material y el efecto Hall anómalo bajo presión proporciona una visión crucial de su relación. "Cuando aplicamos presión al cristal en una dirección, ambas señales disminuyen al unísono", dijo. "Para realizar el experimento, los investigadores construyeron un dispositivo especializado capaz de aplicar una compresión controlada al cristal. A medida que aumentaba la presión, el momento magnético residual del material se debilitaba junto con el efecto Hall anómalo".

Sin embargo, el orden magnético más amplio dentro del material se mantuvo en gran medida sin verse afectado. Para investigar más a fondo, el equipo empleó análisis de haz de neutrones en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge, revelando que mientras la estructura magnética fundamental se mantuvo intacta, la presión alteró la prevalencia de diferentes orientaciones magnéticas dentro del cristal. En esencia, el cristal posee múltiples configuraciones casi idénticas para que sus momentos magnéticos se alineen. Debido a las mínimas diferencias de energía entre estas configuraciones, incluso una presión leve puede influir en qué orientaciones dominan.

Los hallazgos también contribuyen a un debate de larga data sobre la causa del efecto Hall anómalo en FeS. Mientras que una teoría predominante atribuye el efecto al movimiento de electrones a través de la estructura electrónica del material, un concepto descrito por los físicos usando el término "curvatura de Berry", los experimentos de Rice sugieren una conexión entre el efecto y el minuto momento magnético del material. "No estamos descartando la explicación electrónica", dijo Weiliang Yao, autor principal del estudio.

El potencial para manipular estos efectos utilizando una fuerza mecánica mínima podría ser prometedor para el campo emergente de la espintrónica, que busca aprovechar las propiedades magnéticas de los electrones para el almacenamiento y procesamiento de datos. Tales dispositivos podrían ofrecer ventajas sobre las tecnologías convencionales al reducir la interferencia magnética no deseada y reducir el consumo de energía. Dai enfatizó la importancia de la controlabilidad en aplicaciones potenciales. Para usos prácticos, tener la capacidad de ajustar estas propiedades es crítico, señaló.