En los laboratorios de la Universidad de Ciencia de Tokio y de la Universidad de Tohoku, los científicos descubrieron una referencia sencilla pero fiable para predecir las propiedades magnéticas de aleaciones complejas. El tamaño de la celda estructural repetida del cristal resultó ser más preciso que la habitual concentración de electrones para distinguir los distintos tipos de magnetismo en materiales emparentados con los cuasicristales.
Los investigadores estudiaron cristales aproximantes de tipo Tsai —estructuras con clústeres atómicos anidados que reproducen las peculiaridades de los auténticos cuasicristales—. En compuestos con oro y aluminio o galio y elementos de tierras raras (terbio, disprosio, holmio), el comportamiento magnético dependía del parámetro de red, es decir, de la distancia entre los nodos atómicos repetidos.
Con un valor superior a 14,72 angstroms surgía un estado antiferromagnético «vortical»: los momentos magnéticos de los átomos se disponían en una configuración ordenada pero de orientación opuesta. En el estrecho intervalo de 14,62–14,72 angstroms aparecía un ferromagnetismo vortical con magnetización global. Por debajo de ese umbral, el material pasaba a un estado de vidrio de espín: una congelación caótica de los momentos sin orden de largo alcance.
Antes, los científicos se guiaban principalmente por el número de electrones de valencia por átomo. Este indicador funcionaba de forma inestable al cambiar la composición química. El nuevo criterio estructural proporcionó un diagrama de fases unificado que ahora sirve de mapa práctico para buscar y crear materiales con propiedades magnéticas predeterminadas.
El descubrimiento es importante no solo para la física fundamental. Abre el camino al diseño intencionado de materiales cuánticos, donde los estados magnéticos inusuales pueden convertirse en la base de futuros dispositivos, desde sensores hasta elementos de computación cuántica. El más mínimo cambio en las dimensiones de la «habitación» atómica transforma radicalmente el comportamiento de todo un «colectivo» de átomos.
Los resultados se publicaron en el Journal of the American Chemical Society y ya se consideran una referencia fiable para la búsqueda sistemática de nuevos cuasicristales magnéticos y de sus aproximantes.
