Anomalía Magnética

Laboriosos cálculos de la estructura electrónica de los agregados de cobalto-manganeso explican un inesperado magnetismo.

La palabra “agregado” (cluster) suele aplicarse a los conglomerados de átomos que no tienen menos de 3 átomos ni más de 10 millones, y cuyas propiedades están entre las del átomo aislado y las de un sólido cristalino (bulk). El análisis de estas especies se ha venido intensificando desde 1980, hasta conseguir que se le considere un nuevo campo de investigación, “la ciencia de los agregados”. Esto es por lo útiles que resultan los metales de transición en múltiples áreas prácticas: en electrónica (desarrollo de nuevos dispositivos de almacenamiento magnético), en química (aceleradores de reacciones químicas por su poderoso efecto catalítico) y en biomedicina (tratamiento de cáncer mediante hipertermia o administración selectiva de medicamentos).

La investigación de las aleaciones de agregados se ha desarrollado menos que de un solo elemento químico. La razón radica en que, para los investigadores experimentales, conseguir el control de la estequiometría de la aleación por métodos químicos es muy complicado; mientras que para los teóricos no es nada asequible determinar la estructura de los agregados de más baja energía.

El grupo de Walter de Heer, del Instituto Técnico de Georgia, observó no hace mucho tiempo que el momento magnético promedio de los agregados diluidos de cobalto-manganeso (CoMn), aumenta con la concentración de Mn mientras ésta sea pequeña. Para quienes investigan los agregados supuso un descubrimiento importante, especialmente porque es lo contrario de lo que sucede en la aleación de CoMn en su estado cristalino.

Recientes cálculos, basados en la teoría del funcional de la densidad – un método para calcular estructuras electrónicas de sistemas grandes­-, han demostrado que el crecimiento anómalo del momento magnético de los agregados de CoMn al ir incrementando la concentración del Mn se puede explicar con dos ingredientes básicos: la parte del momento magnético total que producen los átomos de Mn y el volteado del espín de los electrones que pertenecen al enlace Co-Mn. Los electrones que forman el enlace se transfieren del canal de espín hacia debajo de los átomos de Mn al canal de espín hacia arriba de los átomos de Co que sean primeros vecinos de los átomos de Mn.

Por la transferencia de carga, tanto el momento magnético individual de los átomos de Mn como el de los átomos de Co se incrementa. Pero cuando se llega a una determinada concentración de los átomos de Mn, este proceso se para y revierte, ya que los átomos de Co no admiten más electrones; entonces, los átomos de Mn y los de Co reducirán apreciablemente su momento magnético atómico. El inesperado aumento del momento magnético de la aleación de CoMn a bajas concentraciones de Mn podría tener aplicaciones interesantes en biomedicina, por su utilidad en los sensores magnéticos.

Referencia: Manuel Pereiro, Daniel Baldomir y Juan E. Arias, Instituto de Investigaciones Tecnológicas y Departamento de Física Aplicada, Universidad de Santiago de Compostela. Investigación y Ciencia, Abril, 2010.