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Un equipo de científicos liderado por el Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC del Departamento de Energía de EE. UU. ha presentado pruebas experimentales concluyentes sobre la existencia de un nuevo tipo de magnetismo conocido como altermagnetismo. Este descubrimiento, publicado en la revista Science, revela un comportamiento magnético previamente no reconocido que combina características importantes de los dos tipos de magnetismo tradicionalmente aceptados.
"En los últimos años, los científicos han observado fenómenos que no encajan perfectamente en la dicotomía ferromagnetismo-antiferromagnetismo", explicó Daniel Jost, autor principal del estudio y científico asociado en SLAC y el Instituto de Ciencias de Materiales y Energía de Stanford. "Los investigadores han estado recopilando evidencia de un tercer tipo de magnetismo que conecta las cualidades de estas dos clases. Creemos que nuestros resultados proporcionan una confirmación experimental sólida de que esta tercera fase —el altermagnetismo— es real".
El equipo se centró en el telururo de manganeso (MnTe), un material que había sido clasificado durante mucho tiempo como un antiferromagneto. Basándose en investigaciones anteriores, los científicos identificaron evidencia directa de la quiralidad, una asimetría distintiva en la estructura magnética del material. Esta propiedad se asemeja a la forma en que una escalera de caracol o un tornillo se retuercen en una dirección particular, y proporciona una firma crucial del altermagnetismo.
Más allá de su importancia para la física fundamental, este hallazgo podría ayudar a los investigadores a desarrollar materiales magnéticos con propiedades adecuadas para tecnologías futuras, incluyendo sistemas de memoria avanzados, dispositivos cuánticos y centros de datos más eficientes en términos de energía.
El magnetismo es un fenómeno familiar en la vida cotidiana, ya sea a través de un imán de refrigerador que sostiene una fotografía o una brújula que se alinea con el campo magnético de la Tierra. Sin embargo, la física detrás de estos efectos es mucho más compleja de lo que parece.
A nivel atómico, el magnetismo está relacionado con una propiedad cuántica de los electrones conocida como spin. Aunque el spin no es literalmente un electrón rotando como una pequeña esfera, se comporta de ciertas maneras como si el electrón tuviera su propio momento angular. Los científicos describen comúnmente las dos orientaciones posibles del spin como "arriba" y "abajo". Cuando estos spins se organizan en patrones específicos, un material puede exhibir propiedades magnéticas. Sin embargo, eso no significa necesariamente que producirá un campo magnético detectable externamente.
En los materiales ferromagnéticos, los spins de los electrones se alinean en la misma dirección (arriba-arriba-arriba o abajo-abajo-abajo). Su efecto combinado produce el campo magnético familiar asociado con los imanes ordinarios. Las personas han utilizado materiales con este comportamiento durante miles de años. Una segunda categoría, identificada en 1933, funciona de manera diferente. En los antiferromagnéticos, los spins de electrones vecinos apuntan en direcciones opuestas (arriba-abajo-arriba-abajo). Debido a que las contribuciones magnéticas se oponen entre sí, se cancelan, dejando sin magnetización general.
Durante casi nueve décadas, estas dos categorías proporcionaron el marco básico para entender cómo surge el orden magnético en los materiales. Sin embargo, observaciones experimentales en años recientes comenzaron a revelar comportamientos que ninguna de las categorías podía explicar completamente. Algunos materiales mostraron spins de electrones alternados y ninguna magnetización general, al igual que los antiferromagnéticos. Sin embargo, también podían soportar corrientes de spin útiles, una propiedad asociada con el comportamiento ferromagnético. Las corrientes de spin permiten que la información se transporte a través de las propiedades de spin de los electrones en lugar de depender únicamente de su carga eléctrica.
La inusual combinación sugiere que los científicos estaban tratando con algo fundamentalmente diferente. En 2022, los investigadores introdujeron el término "altermagnéticos" para los materiales que pertenecen a esta propuesta de tercera clase magnética. La clave de la diferencia radica en la disposición de los átomos dentro del material. Los altermagnéticos tienen orientaciones de spin alternadas (arriba-abajo-arriba-abajo), pero las estructuras cristalinas que rodean los spins alineados en oposición están rotadas entre sí.
Esta rotación rompe una forma de simetría que existe en los antiferromagnetos convencionales. Aunque la distinción es sutil, puede cambiar drásticamente cómo se comportan los electrones, permitiendo que los altermagnetos combinen propiedades que antes se consideraban incompatibles.
A medida que se acumulaban pruebas experimentales sobre el altermagnetismo, los investigadores aún necesitaban una manera decisiva de establecer que representaba una fase magnética genuinamente distinta. "Para 2024, había algunos factores que hablaban fuertemente a favor de que el altermagnetismo era real", comentó Jost, "pero aún faltaba una pieza clave del rompecabezas". Esa evidencia faltante involucraba la quiralidad, una propiedad que a veces se describe como "lateralidad". Un objeto es quiral cuando su imagen en espejo no puede alinearse perfectamente con el original. Las manos humanas son un ejemplo simple: tus manos izquierda y derecha son imágenes en espejo, pero una mano izquierda no puede encajar adecuadamente en un guante para la mano derecha.
En un altermagneto, la disposición inusual de átomos y giros de electrones puede crear este tipo de lateralidad en la estructura electrónica y magnética del material. Los antiferromagnetos convencionales no exhiben la misma firma quiral característica. Detectar esa diferencia proporcionaría una forma poderosa de distinguir un verdadero altermagneto de un material que simplemente se asemeja a uno.
Los investigadores seleccionaron el telururo de manganeso como su material de prueba. Durante décadas, los científicos lo consideraron un antiferromagneto ordinario, pero estudios más recientes habían planteado la posibilidad de que perteneciera a la nueva categoría propuesta.
Para investigar las propiedades inusuales del material, el equipo realizó experimentos en el Centro Europeo de Radiación de Sincrotrón (ESRF) en Francia. La línea de haz ID32 de la instalación produce rayos X polarizados controlados con precisión, lo que permite a los científicos examinar estructuras magnéticas sutiles que son extremadamente difíciles de detectar de otra manera.
Los investigadores utilizaron rayos X polarizados circularmente, que tienen campos eléctricos que rotan en dirección izquierda o derecha a medida que la luz viaja. Al medir cómo el material dispersaba estas dos formas de luz, pudieron buscar evidencia de quiralidad.
"Los materiales quirales dispersan los haces de rayos X polarizados hacia la izquierda de manera diferente a como lo hacen con los haces polarizados hacia la derecha", explicó Jost. "Los materiales no quirales dispersarían cada haz de luz de la misma manera". El experimento reveló una clara diferencia en la forma en que el telururo de manganeso interactuó con las dos polarizaciones de rayos X. Esta respuesta quiral distintiva era precisamente el tipo de señal que se esperaba del altermagnetismo y no estaría presente en un antiferromagneto convencional. "Esta firma quiral nos dio una base experimental sólida para afirmar que el altermagnetismo se encuentra en una categoría propia", dijo Jost.
Los investigadores realizaron el experimento por primera vez en 2024. Regresaron a principios de 2025 y repitieron las mediciones, reproduciendo con éxito los resultados y fortaleciendo la evidencia de esta nueva fase magnética. "Esta técnica nos ayudó a confirmar que el telururo de manganeso realmente estaba exhibiendo propiedades altermagnéticas", comentó Rachel Nickel, científica postdoctoral del ESRF y coautora que ayudó a diseñar y llevar a cabo el experimento en la línea de haz ID32. "El altermagnetismo solo fue propuesto hace unos años, y el rápido progreso en la confirmación de estos modelos es increíble".
El descubrimiento podría tener importantes consecuencias para la espintrónica, un campo en crecimiento que busca utilizar el spin de los electrones para desarrollar dispositivos electrónicos más capaces. La electrónica convencional almacena y procesa información principalmente controlando la carga eléctrica de los electrones. La espintrónica añade otra forma de trabajar con la información al aprovechar también el spin de los electrones. Esta capacidad adicional podría permitir dispositivos que operen más rápido, soporten interferencias de manera más efectiva y consuman sustancialmente menos electricidad. Tales mejoras serían especialmente valiosas en la memoria de computadoras, centros de datos grandes y otras tecnologías que requieren enormes cantidades de procesamiento de información. Sin embargo, los dos tipos tradicionales de magnetismo presentan diferentes obstáculos que han limitado el desarrollo de sistemas espintrónicos.
"Los ferromagnetos son demasiado susceptibles a la influencia de campos magnéticos", explicó Jost. "Si tienes un imán permanente en tu bolsillo y pasas junto a un dispositivo spintrónico construido con ferromagnetos, podrías comenzar a invertir los bits, desordenando la información almacenada allí. Los antiferromagnetos solucionan ese problema, pero son prácticamente invisibles, por lo que no puedes leer fácilmente los datos almacenados en ellos ni utilizarlos para generar corrientes de espín eficientes".
Los altermagnetos ofrecen una alternativa potencialmente valiosa. Al igual que los antiferromagnetos, sus giros opuestos no producen una magnetización general, lo que ayuda a protegerlos contra interferencias magnéticas no deseadas. Al mismo tiempo, su inusual estructura electrónica les permite generar corrientes polarizadas de espín que pueden ser utilizadas para recuperar información. "Los altermagnetos combinan lo mejor de ambos", afirmó Jost. "Tienen una magnetización neta cero, por lo que son estables, pero aún tienen la capacidad de generar corrientes polarizadas de espín necesarias para extraer información fácilmente. Eso te brinda un grado adicional de libertad para trabajar".
La confirmación del altermagnetismo brinda a los científicos una nueva clase de materiales para investigar y potencialmente diseñar para aplicaciones tecnológicas. Al combinar la estabilidad magnética con la capacidad de manipular información basada en el espín, estos materiales podrían ayudar a superar los desafíos que han limitado a los dispositivos spintrónicos convencionales. El siguiente paso será aprender a controlar los estados altermagnéticos utilizando influencias externas como la luz y la electricidad. Los investigadores esperan que dominar este control permita diseñar dispositivos prácticos que aprovechen las inusuales propiedades magnéticas.
Aunque aún se necesita un desarrollo significativo antes de que estos materiales puedan ser utilizados ampliamente, los hallazgos establecen una base experimental más sólida para futuros trabajos en tecnologías cuánticas, memoria de computadoras y centros de datos más eficientes. La investigación recibió financiamiento parcial de la Oficina de Ciencia del Departamento de Energía de los Estados Unidos.
Investigadores del SLAC National Accelerator Laboratory han encontrado pruebas concluyentes de un tercer tipo de magnetismo, conocido como "altermagnetismo". Este descubrimiento se centra en el material MnTe, que presenta propiedades magnéticas inusuales que no se habían observado anteriormente. Al contrario de los magnetismos convencionales, que se clasifican como ferromagnetismo y antiferromagnetismo, el altermagnetismo exhibe una estructura de espín que permite que los electrones se comporten de manera diferente.
El estudio fue llevado a cabo por un equipo de científicos que incluyó a Daniel Jost y Resham Babu Regmi, entre otros. Publicado en la revista Science, el artículo detalla cómo el altermagnetismo podría abrir nuevas posibilidades en el campo de la espintrónica, una rama de la electrónica que utiliza el spin de los electrones para desarrollar dispositivos más eficientes. Este avance podría tener aplicaciones significativas en la computación cuántica y en la creación de nuevos tipos de materiales magnéticos.
El trabajo de los investigadores se basa en experimentos realizados en el acelerador de partículas del SLAC, donde se analizaron las propiedades del MnTe a nivel atómico. Los científicos utilizaron técnicas avanzadas para observar cómo los electrones en este material interactúan entre sí, lo que les permitió identificar la presencia del altermagnetismo. Este hallazgo no solo contribuye a la comprensión fundamental de la física del magnetismo, sino que también podría tener un impacto en el desarrollo de tecnologías futuras.
La referencia del estudio es la siguiente: Daniel Jost, Resham Babu Regmi, Eder G. Lomeli, Samuel Sahel-Schackis, Monika Scheufele, Marcel Neuhaus, Rachel Nickel, Flora Yakhou, Kurt Kummer, Nicholas B. Brookes, Lingjia Shen, Georgi L. Dakovski, Nirmal J. Ghimire, Stephan Geprägs, Matthias F. Kling. "Chiral altermagnon in MnTe". Science, 2026; 394 (6823): 541 DOI: 10.1126/science.adv3196.
Fuente original: ScienceDaily.
