UN NUEVO TIPO DE IMÁN FUNCIONA A TEMPERATURA AMBIENTE

Los electrones tienen carga, pero también un espín, un diminuto imán incorporado que apunta «arriba» o «abajo». La espintrónica busca usar ese espín para almacenar y procesar información. En los últimos años, los físicos han encontrado materiales magnéticos con una propiedad llamativa: no tienen magnetización global, pero la energía de sus electrones sigue dependiendo de su espín, de una forma que cambia con la dirección en que se mueven. Este «desdoblamiento de espín» no depende de efectos relativistas, lo que lo hace grande.

En algunos de estos materiales, llamados altermagnetos, el patrón es simétrico: un electrón que se mueve en un sentido y otro que se mueve en el sentido opuesto ven el mismo espín. En los imanes de onda p ocurre lo contrario: si se invierte la dirección del movimiento, el espín también se invierte. Hasta ahora, los imanes de onda p descritos solo funcionaban por debajo de la temperatura del nitrógeno líquido.

Una espiral escondida en un cristal conocido

Kaiwen Shen, Xianzhe Chen, Libor Šmejkal y sus colegas de la Universidad Fudan de Shanghái, dos Institutos Max Planck de Dresde y otras instituciones de China y la República Checa se fijaron en la ferrita de bismuto (BiFeO₃). Es uno de los «multiferroicos» mejor estudiados, materiales que son a la vez magnéticos y ferroeléctricos, es decir, tienen una polarización eléctrica propia. Conserva su orden magnético hasta unos 640 kelvin (muy por encima de la temperatura ambiente) y su ferroelectricidad hasta 1.100 kelvin.

En su interior, los momentos magnéticos de los átomos de hierro no están alineados: giran paso a paso a lo largo de una espiral, llamada cicloide. El equipo muestra que esta espiral, por sí sola, produce magnetismo de onda p, un mecanismo que describen como pasado por alto hasta ahora.

Primero la teoría, después un láser

• Los cálculos de los electrones del cristal muestran un patrón de espín de onda p muy limpio, con un desdoblamiento de espín de unos 100 milielectronvoltios. Añadir efectos relativistas apenas lo cambia: el efecto procede del propio orden magnético.
• Cuando la espiral gira en sentido contrario —levógira en lugar de dextrógira—, el patrón de espín se invierte.
• En el laboratorio, hicieron crecer una película de 100 nanómetros de ferrita de bismuto y obtuvieron imágenes de su espiral magnética con un sensor cuántico con punta de diamante.
• Para leer los espines, iluminaron la película con un láser de polarización circular. La luz que gira en un sentido excita más a los electrones de un espín que a los del otro, lo que produce una pequeña corriente eléctrica cuyo signo sigue la dirección del espín. Al girar la muestra, la corriente alcanzó su máximo exactamente en la dirección predicha para la polarización de espín de onda p. Todas estas mediciones se hicieron a temperatura ambiente, al aire libre.

Invertir espines con un voltaje

La característica clave: en la ferrita de bismuto, la quiralidad de la espiral está ligada a la polarización eléctrica. Si se invierte una, la otra la sigue.

El equipo aplicó pulsos eléctricos de unos 300 kilovoltios por centímetro a través de la película. La polarización giró, la espiral cambió de quiralidad y la corriente inducida por el láser cambió de signo: positiva tras un pulso, negativa tras el pulso opuesto. Representada frente al campo aplicado, la corriente dibujó un ciclo de histéresis que coincidía con la conmutación de la polarización del cristal. El cambio es reversible y se mantiene tras el pulso.

Los pulsos eléctricos invierten la polarización y la quiralidad de la espiral (a); el dispositivo (b); la corriente de espín cambia de signo (c) y sigue un ciclo de histéresis frente al campo eléctrico (d). — Figura 3, Shen et al. (2026), arXiv:2610.12892.

Del frío al escritorio

Los autores lo presentan como un imán con desdoblamiento de espín de paridad impar controlado por un voltaje a temperatura ambiente, y lo ven como una vía hacia dispositivos espintrónicos de bajo consumo. Los resultados proceden de películas finas en un laboratorio; aún no se ha demostrado ningún dispositivo más allá de la conmutación de la señal medida.