Magnetismo sin metal: un hito para la ciencia de los materiales
"Esto es fundamentalmente nuevo"
El Dr. Hongde Yu y el profesor Thomas Heine, de la Universidad Tecnológica de Dresde (TUD), han logrado por primera vez predecir materiales magnéticos orgánicos sin metales mediante simulaciones informáticas precisas. Estos polímeros magnéticos bidimensionales (2D) podrían desempeñar en el futuro un papel importante en el almacenamiento de datos, la tecnología médica o la computación cuántica. Su descubrimiento se ha publicado recientemente en la revista "Science Advances".
© Thomas Heine
El magnetismo lleva siglos fascinando a la gente: tanto a los niños que juegan con imanes como a los científicos que investigan las fuerzas fundamentales que subyacen al fenómeno. Es bien sabido que el magnetismo en la naturaleza suele estar estrechamente asociado a los metales: los imanes permanentes clásicos, por ejemplo, se basan en el hierro u otros metales.
Ahora, Hongde Yu y Thomas Heine, de la Cátedra de Química Teórica de la Universidad Politécnica de Dresde, han demostrado por primera vez mediante cálculos que también es posible generar magnetismo en materiales puramente orgánicos. Los científicos utilizaron los llamados triangulenos, moléculas triangulares que tienen electrones no apareados y, por tanto, un momento magnético, como bloque de construcción básico. Cuando estos bloques moleculares se combinan para formar un sólido 2D, estos espines de electrones no apareados se organizan para crear un material ferromagnético.
"Esto es fundamentalmente nuevo", explica Hongde Yu. "Normalmente, los espines de los electrones de los materiales orgánicos tienen una orientación aleatoria y, por tanto, se anulan entre sí en el sólido. Mediante enlaces químicos adecuados, los espines se ordenan en el cristal 2D, creando un material ferromagnético".
"El magnetismo se basa en el acoplamiento robusto de los espines de los electrones entre bloques de construcción moleculares vecinos. A diferencia del magnetismo en los metales, donde los espines de los electrones están localizados en los átomos metálicos, observamos una densidad de espín deslocalizada que se distribuye por todo el compuesto molecular de trianguleno. Dependiendo de la composición de la molécula, pueden formarse los llamados "ferromagnetos de Stoner", en los que los espines de las moléculas vecinas son paralelos, o aislantes de Mott antiferromagnéticos, en los que los espines de las moléculas vecinas son opuestos", explica Heine. El descubrimiento de que los momentos magnéticos pueden acoplarse ordenadamente en materiales sin metal abre la puerta al desarrollo de materiales magnéticos en los que los metales no son deseables, por ejemplo, debido a su peso o toxicidad. Los imanes sin metal podrían resultar más robustos y biocompatibles, lo que sería especialmente importante en tecnología médica.
Con este trabajo pionero, el equipo de investigadores ha descubierto una nueva clase de materiales magnéticos que no sólo es fascinante desde el punto de vista teórico, sino que también tiene el potencial de influir significativamente en futuros desarrollos tecnológicos.
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