Un nuevo tipo de magnetismo podría revolucionar la computación con mayor eficiencia energética
Científicos de la Universidad de Florida Central han hallado evidencia de altermagnetismo en un material delgado que podría permitir a la electrónica utilizar el spin de los electrones, mejorando la eficiencia energética.
FOTO: Un nuevo magnetismo podría transformar la electrónica
El futuro de la computación podría depender de más que la carga eléctrica que transportan los electrones. Investigadores han comenzado a interesarse en otra propiedad fundamental del electrón, conocida como spin, que podría ofrecer una nueva forma de mover y procesar información en dispositivos electrónicos.
Los computadores convencionales utilizan el movimiento de la carga eléctrica para manejar datos. Si los científicos logran controlar de manera confiable el spin de los electrones, podrían desarrollar enfoques completamente nuevos para la computación que operen a mayor velocidad y con menor consumo energético.
Un equipo de investigación liderado por el profesor de física Madhab Neupane de la Universidad de Florida Central ha identificado un material que podría facilitar esta posibilidad. Neupane y sus colaboradores encontraron evidencia experimental de altermagnetismo, una forma de magnetismo recientemente reconocida que combina características útiles de dos estados magnéticos más conocidos: el ferromagnetismo y el antiferromagnetismo.
Un tipo de magnetismo diferente
El ferromagnetismo es el comportamiento magnético que se conoce comúnmente de los imanes ordinarios. En un material ferromagnético, los momentos magnéticos apuntan en la misma dirección, generando un campo magnético global.
Este comportamiento es valioso para las tecnologías electrónicas, pero presenta un inconveniente. Los ferromagnetos pueden generar campos magnéticos errantes que interfieren con componentes circundantes, un problema creciente a medida que los dispositivos electrónicos se vuelven más pequeños y densamente empaquetados.
Por otro lado, los antiferromagnetos funcionan de manera diferente. Sus momentos magnéticos apuntan en direcciones opuestas, cancelándose mutuamente y reduciendo en gran medida los campos magnéticos errantes. Sin embargo, estos materiales no poseen algunas de las características electrónicas que hacen atractivos a los ferromagnetos para aplicaciones tecnológicas.
Los altermagnets podrían ofrecer ventajas de ambas categorías. Al igual que los antiferromagnetos, pueden operar sin generar campos magnéticos errantes no deseados. Al mismo tiempo, pueden generar y detectar corrientes de spin, lo que significa el movimiento de los spins de los electrones a través de un material. Los investigadores están explorando si estas corrientes de spin podrían eventualmente transportar información en futuros sistemas electrónicos.
Neupane y su equipo encontraron firmas experimentales de altermagnetismo en Co1/4TaSe2, un material en capas que contiene átomos de cobalto magnético. Este material podría servir como una plataforma experimental flexible para estudiar este estado magnético inusual, mientras ayuda a avanzar en tecnologías electrónicas y spintrónicas.
"Estos materiales se distinguen de los antiferromagnetos más convencionales por su capacidad de generar y detectar corrientes de spin sin el efecto negativo de producir campos errantes", afirma Neupane. "Esta nueva propiedad los posiciona muy bien para su uso en diversas aplicaciones, incluyendo spintrónica, dispositivos de memoria ultrarrápidos, redes terahertz y electrónica eficiente en energía".
Detectando el altermagnetismo en el comportamiento de electrones
Para determinar si Co1/4TaSe2 realmente mostraba altermagnetismo, los investigadores examinaron cómo se comportaban los electrones dentro del material.
Utilizaron espectroscopía de fotoemisión resolutiva en ángulo, o ARPES, una técnica que permite a los investigadores medir la energía y el movimiento de los electrones y reconstruir la estructura electrónica de un material.
"Nuestro enfoque fue utilizar métodos de mayor resolución que no eran sensibles al spin del electrón para medir la separación en los niveles de energía", dice Neupane. "Luego, complementamos esta medición con ARPES resuelta en spin para determinar de manera concluyente si esto parecía altermagnetismo".
Las primeras mediciones revelaron una separación distintiva dentro de las bandas electrónicas del material. Luego, los investigadores recurrieron a ARPES resuelta en spin para un examen más detallado.
Estas mediciones mostraron que los estados electrónicos separados tenían polarizaciones de spin opuestas, una firma importante esperada del altermagnetismo.
Observar ese efecto claramente no fue simple. Las técnicas de fotoemisión son extremadamente sensibles a las condiciones de superficie, lo que significa que incluso pequeñas cantidades de contaminación podrían oscurecer las señales electrónicas que los científicos deseaban medir.
Los colaboradores produjeron muestras de alta calidad de Co1/4TaSe2, mientras que el grupo de Neupane las verificó cuidadosamente para asegurarse de que tuvieran superficies excepcionalmente limpias antes de mapear sus propiedades electrónicas.
"La importancia se hizo evidente una vez que las mediciones experimentales coincidieron consistentemente con nuestras predicciones teóricas", dice Neupane. "Ver que esas piezas independientes de evidencia convergían nos dio confianza en que habíamos identificado un verdadero altermagnet".
Un material ultradelgado y altamente ajustable
La evidencia de altermagnetismo no fue la única característica que hizo atractivo a Co1/4TaSe2 para los investigadores.
El material consiste en capas extremadamente delgadas apiladas. Debido a que las capas individuales están conectadas débilmente, los investigadores pueden separarlas y combinarlas en estructuras muy delgadas. Esta flexibilidad hace que los materiales en capas sean atractivos para dispositivos de película delgada y otras tecnologías electrónicas emergentes.
Esta clase de materiales en capas se conoce como disulfuro de metal de transición, o TMDs.
En Co1/4TaSe2, los átomos de cobalto magnético posicionados entre las capas contribuyen a sus características magnéticas inusuales. La estructura en capas también brinda a los científicos un considerable control sobre el material, permitiéndoles modificarlo y luego observar cómo esos cambios influyen en sus propiedades electrónicas y magnéticas.
Los investigadores también querían determinar de dónde provenían las firmas electrónicas asociadas con el altermagnetismo.
Antes de estos experimentos, los científicos no sabían si las características altermagnéticas importantes en los materiales en capas se originarían principalmente en la superficie o más profundamente dentro del material.
Las mediciones indicaron que el estado electrónico relevante provenía principalmente del interior del material y mostraron evidencia clara de orden altermagnético.
"La evidencia del altermagnetismo en una plataforma de materiales versátil abre muchas nuevas posibilidades", dice Milo Sprague, el estudiante de posgrado líder de la investigación. "Actualmente hay mucho debate en la teoría altermagnética sobre cómo los estados electrónicos polarizados en spin interactúan con otros fenómenos magnéticos. Ahora tenemos un material que podemos modificar fácilmente para explorar estas nuevas preguntas".
Utilizando el spin de electrones para la electrónica del futuro
Casi toda la electrónica convencional depende de la carga de electrones para transmitir y procesar información. Pero los electrones también poseen spin, otra propiedad intrínseca que los investigadores esperan poder aprovechar para la computación.
El campo dedicado al uso del spin de electrones en dispositivos electrónicos se llama spintrónica.
Los altermagnets son especialmente interesantes para la spintrónica porque pueden crear y detectar corrientes de spin sin generar los problemáticos campos magnéticos errantes asociados con los ferromagnetos convencionales.
"A medida que los dispositivos electrónicos continúan reduciéndose, los investigadores necesitan nuevos materiales que puedan operar más rápido mientras consumen menos energía", dice Neupane.
Los materiales en capas ya están siendo estudiados para aplicaciones que van desde transistores extremadamente pequeños hasta tecnologías ópticas y otras electrónicas avanzadas. Por separado, los investigadores están investigando formas de utilizar corrientes de spin para transportar información digital.
Los altermagnets en capas podrían potencialmente conectar esas dos áreas. Sus estructuras extremadamente delgadas y ajustables podrían permitir controlar el spin de electrones mientras se evita la interferencia magnética producida por imanes ordinarios.
"Si este enfoque resulta viable, los altermagnets en capas estarán a la vanguardia del desarrollo electrónico", afirma Neupane.
Persisten grandes preguntas sobre el altermagnetismo
El descubrimiento también proporciona a los investigadores algo importante para la ciencia básica: un material que puede ser modificado y estudiado mientras los científicos investigan las muchas preguntas no resueltas que rodean el altermagnetismo en Co1/4TaSe2.
Los investigadores aún no comprenden completamente por qué se forma este estado magnético inusual, por qué a veces puede ser favorecido sobre arreglos magnéticos competidores, incluidos el ferromagnetismo y otras formas de antiferromagnetismo, o exactamente cómo se comporta bajo diferentes condiciones.
El trabajo teórico sugiere que las interacciones competidoras entre electrones pueden influir en qué tipo de orden magnético se desarrolla. Los científicos están intentando determinar cuán precisamente esas teorías describen lo que realmente ocurre en materiales reales.
"Hay muchos detalles en la teoría de cómo funcionan los altermagnets que aún no han sido explorados o verificados", dice Neupane. "Ahora que hemos identificado varias plataformas para responder a estas preguntas, se están llevando a cabo estudios más avanzados sobre estos materiales".
Debido a que los investigadores pueden alterar Co1/4TaSe2 y rastrear cómo responden sus propiedades, el material ofrece un nuevo campo de pruebas valioso para explorar el altermagnetismo y determinar cómo interactúa con otros efectos magnéticos y electrónicos.
Este material se basa en un trabajo apoyado por el Departamento de Energía de EE.UU., Oficina de Ciencia bajo el número de premio DE-SC0024304.
Lectura rápida
¿Qué se descubrió?
Se encontró evidencia de altermagnetismo en un nuevo material que podría revolucionar la electrónica.
¿Quién lideró la investigación?
El profesor de física Madhab Neupane de la Universidad de Florida Central lideró el equipo de investigación.
¿Cuándo se realizó el descubrimiento?
El hallazgo se publicó el 5 de octubre de 2026.
¿Dónde se realizó la investigación?
La investigación se llevó a cabo en la Universidad de Florida Central.
¿Por qué es importante?
El altermagnetismo podría permitir el uso de electrones de forma más eficiente, reduciendo el consumo de energía en dispositivos electrónicos.
