Investigadores de la Universidad Rice han descubierto que al comprimir suavemente un cristal de sulfuro de hierro se pueden modificar dos de sus propiedades inusuales al mismo tiempo: su pequeña señal magnética y la forma en que la electricidad se mueve a través de él. El resultado da a los científicos una visión más clara de cómo funciona una clase recientemente reconocida de materiales magnéticos e sugiere una forma simple de controlar su comportamiento.
El material pertenece a un grupo conocido como alternmagnetos. Estos materiales atraen un interés creciente porque combinan características útiles de dos tipos familiares de imanes. Como los antiferroimanes, sus momentos magnéticos internos se cancelan principalmente entre sí, por lo que no producen el campo magnético externo fuerte de un imán ordinario. Al mismo tiempo, aún pueden afectar los electrones en movimiento de manera que podría ser útil para dispositivos electrónicos futuros.
El equipo de Rice estudió una forma hexagonal de sulfuro de hierro, o FeS. Aunque la mayoría de su magnetismo se cancela, el material tiene un momento magnético residual muy pequeño. También produce una inusual señal eléctrica conocida como efecto Hall anómalo: cuando la corriente fluye a través del material, aparece un pequeño voltaje perpendicular incluso cuando no se aplica un campo magnético externo.
Para realizar el experimento, los investigadores construyeron un dispositivo que comprime suavemente el cristal en una dirección. A medida que aumentó la presión, el pequeño momento magnético se debilitó, al igual que el inusual voltaje perpendicular. El orden magnético subyacente mucho mayor, sin embargo, se mantuvo esencialmente sin cambios. El equipo luego utilizó haces de neutrones en el Laboratorio Nacional Oak Ridge para observar el interior del material y determinar qué estaba haciendo la presión en su arreglo magnético. Las mediciones con neutrones mostraron que la estructura magnética básica permanece igual, pero la compresión cambia cuáles son las orientaciones magnéticas más comunes dentro del cristal.
Los hallazgos también abordan una pregunta importante sobre por qué el material produce su inusual señal eléctrica. Una explicación común implica la forma en que los electrones se mueven a través de la estructura electrónica del cristal, un efecto descrito por físicos usando el término "curvatura de Berry". Los experimentos de Rice no descartan esa explicación. Pero muestran que la señal eléctrica cambia en línea con el pequeño momento magnético del material, sugiriendo que los dos están vinculados a la misma física subyacente. Según los funcionarios, la capacidad de controlar tales efectos con una pequeña presión mecánica podría eventualmente ser útil en espintrónica, un campo que busca utilizar las propiedades magnéticas de los electrones para almacenar o procesar información. Los dispositivos basados en esta idea podrían potencialmente operar con menos interferencia magnética no deseada y menor consumo de energía que algunas tecnologías convencionales.
El estudio fue publicado en Advanced Materials. El trabajo combinó el crecimiento de cristales, mediciones eléctricas, mediciones de magnetización y experimentos de dispersión de neutrones, en colaboración con los grupos de Qimiao Si y Emilia Morosan en el Laboratorio de Materiales Magnéticos Emergentes de Rice.