Los investigadores del Instituto Paul Scherrer PSI crearon un material sintético a partir de mil millones de pequeños imanes. Sorprendentemente, ahora parece que las propiedades magnéticas de este llamado cambio metamaterial con la temperatura, para que pueda tomar diferentes estados; al igual que el agua tiene un estado gaseoso, líquido y sólido. Este material hecho de nanoimanes podría ser refinado para aplicaciones electrónicas del futuro, como para una transferencia de información más eficiente.
Un material sintético, creado a partir de mil millones de nanoimanes, asume diferentes estados agregados dependiendo de la temperatura: el llamado metamaterial exhibe transiciones de fase, muy parecidas a las que se producen entre vapor, agua y hielo. Este efecto fue observado por un equipo deinvestigadores encabezados por Laura Heyderman de PSI. "Nos sorprendió y emocionó", explica Heyderman. "Solo los sistemas complejos pueden mostrar transiciones de fase". Y como los sistemas complejos pueden proporcionar nuevos tipos de transferencia de información, el resultado del nuevo estudio tambiénrevela que el metamaterial de los investigadores de PSI sería un candidato potencial aquí.
La principal ventaja del metamaterial sintético es que se puede personalizar de forma prácticamente gratuita. Si bien los átomos individuales en un material natural no se pueden reorganizar con una precisión tan precisa a gran escala, los investigadores dicen que esto es posible con los nanoimanes.
Panal de nanoimanes
Los imanes tienen solo 63 nanómetros de largo y tienen forma similar a los granos de arroz. Los investigadores utilizaron una técnica muy avanzada para colocar mil millones de estos pequeños granos en un sustrato plano para formar un patrón de panal a gran escala. Los nanomagnets cubrieron un totalárea de cinco por cinco milímetros.
Gracias a una técnica de medición especial, los científicos inicialmente estudiaron el comportamiento magnético colectivo de su metamaterial a temperatura ambiente. Aquí no había orden en la orientación magnética: los polos magnéticos norte y sur apuntaban al azar en una dirección u otra.
Sin embargo, cuando los investigadores enfriaron el metamaterial de forma gradual y constante, llegaron a un punto en el que apareció un orden superior: los pequeños imanes ahora se notaron más que antes. A medida que la temperatura bajó aún más, hubo otro cambio hacia un orden aún mayor, en el que la disposición magnética parecía casi congelada. El orden a largo plazo de las moléculas de agua aumenta de manera similar en el momento en que el agua se congela en hielo ". Nos fascinó el hecho de que nuestro material sintético mostrara este fenómeno cotidiano de una fasetransición ", dice Heyderman.
Metamaterial se puede personalizar
En el siguiente paso, los investigadores podrían influir en estas transiciones de fase magnética al alterar el tamaño, la forma y la disposición de los nanoimanes. Esto permite la creación de nuevos estados de la materia, que también podrían dar lugar a aplicaciones: "La belleza de estotodos: las transiciones de fase personalizadas podrían permitir que los metamateriales se adapten específicamente para diferentes necesidades en el futuro ", explica Heyderman.
Además de su uso potencial en la transferencia de información, el metamaterial también podría resultar útil en el almacenamiento de datos o para sensores que miden campos magnéticos. Muy en general, podría usarse en espintrónica, por lo que en un prometedor desarrollo futuro en electrónica para tecnología informática novedosa.
Las mediciones que los investigadores usaron para revelar la orientación magnética de los nanoimanes y, por lo tanto, las propiedades del metamaterial, solo pueden realizarse exclusivamente en PSI. El equipo en el SμS, que es único en todo el mundo, suministra haces de partículas elementales exóticas llamadasmuones, que se pueden utilizar para estudiar las propiedades nanomagnéticas. El proyecto se llevó a cabo en colaboración con un grupo de investigación dirigido por Stephen Lee de la Universidad de St Andrews, Escocia.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Paul Scherrer PSI . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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