Palabras clave: Magnetismo

El imán más pequeño

Yo no tengo iPhone pero os aseguro que mi smartphone hace muchas más cosa de las que jamás hubiera imaginado hace veinte años. Y ¿cuál es el truco? por qué actualmente podemos llevar miniordenadores en los bolsillos? La tecnología que utilizamos en nuestro día a día es cada vez más pequeña, pero también más potente. Sólo con una mano puedes sostener un ordenador tan potente como el que tenías hace unos años encima de tu escritorio. Para que esto sea posible, la densidad de información que es capaz de guardar la placa (o “plaquita”) de memoria de tu móvil ha aumentado muchísimo en los últimos años.

En informática la información se almacena en los discohard discs magnéticos de cada ordenador. La superficie magnética de cada disco se subdivide en regiones, de escala micrométrica, cada una de las cuales representa un bit de información. Hasta ahora, estos materiales se obtenían por fragmentación, reduciendo su tamaño hasta alcanzar las dimensiones deseadas. Actualmente las técnicas litográficas son las que obtienen mejores resultados, dominios más pequeños y homogéneos. Pero, cómo diría Josef Ajram “Where is the limit?”- ja, ja, esto me estaba quedando muy serio-. Cada vez resulta más difícil reducir el tamaño de los dominios y es por eso alguien un día se preguntó ¿y porqué no los hacemos al revés? o lo que es lo mismo, porqué no sintetizar moléculas que se comporten  como los dominios magnéticos? Es decir, como imanes. De esta manera surgen los imanes monomoleculares, que presentarán histéresis en las curvas de magnetización y lo más importante, conservarán la orientación de un campo magnético una vez éste ya no esté presente (y esta será su memoria!).

El Magnetismo, ese desconocido

Pero cómo tienen que ser estas moléculas? Es más, cómo funciona el magnetismo? Los chicos de MinutePhysics tienen un tutorial fantástico dónde explican cómo funcionan los materiales magnéticos.

Para que las moléculas se comporten como un imán es necesario por un lado, que tengan un dipolo magnético, pensemos en la típica imagen de un imán con sus líneas de campo. dipolEsto hará que la molécula se oriente paralela a un campo magnético aplicado. Pero qué pasa si quitamos el campo? la entropía, ese concepto tan oscuro de la termodinámica, hará que las moléculas se vuelvan a desordenar debido a la excitación térmica. Para que os hagáis una idea, esto es un poco lo que pasa entre los niños de mi familia cuando se acaba Frozen. Ahora imaginad que a estos niños les ponemos Del Revés (o Inside Out) y los niños se quedan un rato mirando a la tele reflexionando sobre si han entendido la película? conservarán la orientación una vez retirado el campo, es decir la película representa el campo aplicado y los niños…me parece que la metáfora se me está yendo de las manos, mejor volvamos a las moléculas…. Si queremos que tengan “memoria”, que mantengan la orientación una vez retirado el campo, es necesario que “les cueste” darse la vuelta. Y por “cueste” quiero decir que necesiten una cierta energía para invertir su orientación. Vaya, lo que vendría a ser un imán…

Imanes Monomoleculares

mn8
Sumando y restando espines nos quedará un momento magnético total diferente de cero.

Pero vamos a ver “first things first” cómo conseguimos que nuestra molécula tenga un dipolo magnético? Para esto es necesario que tengan átomos con electrones desapareados (un electrón solitario en el último orbital ocupado). Cada átomo con electrón desapareado tendrá un momento magnético (representado por una flecha) que interaccionará con los de su alrededor. Esta interacción se dará a través de ligandos que determinarán si la interacción será ferromagnetica (el  momento magnético se suma) o antiferromagnética (el momento magnético se cancela). Pues bien, a nosotros nos interesa que el momento magnético global sea lo más grande posible (ya que el imán será más potente). Entonces diseñaremos moléculas para que se den el máximo de interacciones ferromagnéticas. Y ahora que ya estamos comenzando a dominar el tema, podemos incluir un nuevo concepto, la anisotropía magnética. Ay como se enteren lo creadores de la power balance de que existe!!! Bueno fuera coñas, para entender lo que es la aniostropía magnética podemos pensar en una esfera. Su comportamiento magnético sera isótropo, es decir igual en todas las direcciones.

superparaPero qué pasaría si, por ejemplo, elongamos esta esfera? Los magnéticos decimos que generamos anisotropía axial. Si aplicamos un campo, la molécula se orientará según este eje. Y es más! si queremos invertir el momento magnético de la molécula (lo que viene a ser dar la vuelta a la molécula 180 grados), esto nos costará una energía. O lo que es lo mismo, tendremos dos estados de mínima energía separados por una barrera energética. Si volvemos a nuestra metáfora infantil…imaginad que cada niño está dentro de una canoa y que entre todos casi llenan la habitación. Si los niños quieren darse la vuelta 180 grados dentro de sus canoas esto les costará un señor esfuerzo o energía (y unos cuantos chichones, seguramente).

A lo mejor a estas alturas os estáis preguntando qué tipo de átomos necesitamos para sintetizar nuestros “imancitos”? mn12Pues las supervedettes en este campo son los lantánidos, con un anisotropismo que lo flipas, aunque los más estudiados hasta ahora son los compuestos de manganeso. Podemos sintetizar compuestos de manganeso de manera que los ejes de magnetización preferente de cada manganeso (también le podemos llamar eje de elongación) nos queden alineados (según la molécula que se ve en la imagen estos ejes son perpendiculares al plano de los triángulos, por cierto, esta molécula la sinteticé yo :-)).

Todo esto es muy bonito, pero, queréis saber a qué temperatura mi molécula se comportaba como un imán? pues bien, obtuve un bonito ciclo de histéresis (aquí lo podéis ver), a la friolera de 2K (-271ºC). El principal reto al que se enfrenta el magnetismo molecular hoy en día es principalmente subir la temperatura a la que las moléculas se comportan como un imán y por otro lado, encontrar la manera de depositar las moléculas en una superficie de manera que conserven sus propiedades magnéticas. Casi nada!

Share Button