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  • Octubre 2016Nº 23

Materiales

Líquidos y hielos de espín

En ciertas redes cristalinas, las energías de interacción entre imanes atómicos o moleculares no pueden ser todas mínimas a la vez. Esta "frustración" origina propiedades insólitas, que los físicos tratan de comprobar en materiales reales.

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Aunque la humanidad viene observando fenómenos magnéticos desde hace milenios, durante largo tiempo la comprensión y las aplicaciones del magnetismo no pasaron de rudimentarias. La riqueza de estos fenómenos no fue apreciada hasta los siglos xix y xx, merced al descubrimiento, estudio y explotación de materiales y comportamientos magnéticos diversos, desarrollos parejos con los progresos logrados en la síntesis de nuevos materiales.

Para comprender el magnetismo de la materia, los físicos han ideado en el decurso de los últimos decenios conceptos y técnicas aplicables a numerosas cuestiones de carácter más universal; entre ellas, el estudio de los cambios de estado de la materia y el estudio de sistemas de N cuerpos en interacción.

La exploración del magnetismo se ha revelado fructífera en numerosos aspectos. Pero no está completa. Se han descubierto en fecha reciente nuevos sistemas magnéticos en los que interviene una "frustración" de interacciones entre los elementos magnéticos (microscópicos) constituyentes. Denominados "líquidos" y "hielos de espín" por razones que se expondrán más adelante, estos sistemas exhiben propiedades originales, que obligan a los físicos teóricos a formular con mayor precisión ciertas nociones fundamentales, como el tercer principio de la termodinámica. Los experimentalistas, por su parte, se esfuerzan en poner de manifiesto, en materiales reales, tales propiedades. Y como la noción de frustración se presenta en otras situaciones (en apilamientos de átomos o en los cristales líquidos) su interés no se ciñe al magnetismo.

Para ahondar en los líquidos y hielos de espín, comencemos por recordar los fundamentos microscópicos del magnetismo. Ello nos permitirá explicar en qué consiste la frustración. Veremos que, en función de la geometría de la red de elementos magnéticos de un material, la frustración lleva a propiedades magnéticas originales. Daremos algunos ejemplos de materiales en los que podrían intervenir dichas propiedades.

 

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