Altermagnetismo: el descubrimiento de una fase magnética que revoluciona el campo de la física de materiales

El magnetismo es un fenómeno natural que históricamente ha despertado la curiosidad de la comunidad científica y hace parte de nuestra vida cotidiana. Desde los imanes en los refrigeradores hasta la brújula que nos guía en la dirección correcta, su comprensión ha sido fundamental para el desarrollo de tecnologías relacionadas con la generación de energía o el almacenamiento de datos.

Es por eso que, en el ámbito de la física de materiales, los científicos suelen estudiar sus dos fases magnéticas fundamentales: el ferromagnetismo y el antiferromagnetismo. En el primero, los pequeños imanes de los electrones (espines magnéticos) se alinean de manera paralela, generando un campo magnético significativo que da origen a imanes comunes, como los que se adhieren a la nevera, o la generación de corrientes de espín, esenciales en tecnologías como los discos duros. Mientras que en el antiferromagnetismo los momentos magnéticos están orientados en direcciones opuestas, lo que conduce a una cancelación mutua y, por ende, a una magnetización neta cero.

Sin embargo, un descubrimiento ha sacudido el mundo de la física de materiales. Un grupo internacional de investigadores, del que hace parte Rafael González Hernández, profesor del Departamento de Física y Geociencias de Uninorte, doctor en ciencias físicas y miembro correspondiente de la Academia Colombiana de Ciencias (ACCEFYN), identificó una nueva fase magnética denominada “altermagnetismo”, que combina los mejores aspectos del ferromagnetismo y el antiferromagnetismo.

“El altermagnetismo implica una alineación completa de los momentos magnéticos, similar al antiferromagnetismo, pero con la capacidad adicional de generar corrientes de espín, característica de los ferromagnetos. Tiene el potencial de revolucionar la espintrónica (electrónica del espín) y la computación cuántica, al ofrecer propiedades magnéticas únicas que pueden mejorar la eficiencia y el rendimiento de una amplia gama de dispositivos electrónicos y sistemas de almacenamiento de información”, explica González.

El profesor González es de los pocos físicos colombianos que han merecido una beca de la Fundación Alemana Alexander von Humboldt, una de las más prestigiosas del mundo y con la que hace seis años comenzó a colaborar con el Grupo Interdisciplinario de Espintrónica (INSPIRE, por sus siglas en inglés) en el Instituto de Física de la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz (JGU), en Alemania.

Como investigador de esta alma mater y junto con sus colegas Jairo Sinova, líder del grupo interdisciplinario; Libor Šmejkal, del Instituto de Física de JGU y de la Academia Checa de Ciencias; y Tomáš Jungwirth, también miembro del instituto, se publicó en 2019 el trabajo teórico del descubrimiento en la revista Science. En el resultado experimental trabajó un equipo multidisciplinario y fue publicado recientemente en la revista Nature.

Durante su colaboración con la JGU se dedicó a describir computacionalmente el desdoblamiento de las bandas de espín en materiales antiferromagnéticos, un aspecto que había pasado desapercibido durante varios años. Lo realizó en estrecha colaboración con sus colegas investigadores, el apoyo de la Universidad del Norte y la fundacion Alexander Von Humboldt. Entre 2018 y 2020, la investigación llevó también al grupo a predecir la existencia del efecto Hall espontáneo, por primera vez, en materiales altermagnéticos colineales.

“Un hallazgo clave en nuestra investigación fue la identificación de cristales de telururo de manganeso (un semiconductor que durante mucho tiempo se pensó que era antiferromagnético) como posibles candidatos de materiales altermagnéticos, y la observación experimental de las características distintivas de esta nueva forma de magnetismo. Estos resultados, publicados en la prestigiosa revista Nature, proporcionan la evidencia experimental para validar la existencia del altermagnetismo y podrían ser la base de futuras investigaciones sobre sus propiedades y aplicaciones potenciales”, afirma González.

Hoy, mientras este descubrimiento es valorado por diferentes grupos investigativos y medios especializados en el mundo, la búsqueda de materiales altermagnéticos y el desarrollo de aplicaciones tecnológicas en espintrónica “necesitará los esfuerzos de científicos en el área computacional y experimental”.

Rafael González tiene claro que la colaboración entre equipos teóricos, experimentales e ingenieros será fundamental para superar desafíos técnicos en la síntesis de muestras de alta calidad y la fabricación de dispositivos innovadores. "Este enfoque interdisciplinario impulsará avances significativos en el campo del altermagnetismo y su aplicación en tecnologías emergentes".

Sobre el profesor Rafael González
El miembro correspondiente de la Academia Colombiana de Ciencias (ACCEFYN) estudió física en la Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia. Luego completó una maestría y doctorado en la Universidad Nacional de Colombia. Sus líneas investigativas están enfocadas en la teoría de la física de materia condensada y sus herramientas computacionales para el estudio de materiales. Su trabajo involucra la aplicación de formulaciones y algoritmos novedosos para el estudio de nuevos materiales, y sus contribuciones a la ciencia se han realizado en campos como la física de superficies, almacenamiento de H, materiales topológicos, física de semiconductores y materiales magnéticos.