MULTIFERROICOS por el Prof. Dr. D. Alberto Requena Rodríguez, académico de número

Las imágenes estereotipadas abundan. La mayor parte de las veces, están tan arraigadas que parece inevitable su apelación. Han calado tanto en la conciencia colectiva e individual, que no hay lugar para la duda. Lo hemos referido en múltiples ocasiones, cuando citamos que la Ciencia no da por finalizado nada, nunca. Todo está en periodo de construcción, aun cuando pueda parecer que sea definitivo, para algunos.

Uno de esos mantras que la sociedad construye es el de La “energía mueve al mundo”. Es la imagen que nos deja Newton con su inabarcable obra. Es tan gigantesca su aportación que imágenes derivadas de ella se han asentado, hasta tal punto que forma parte, casi genéticamente, de los humanos. Derivado de ella es la flecha del tiempo, que posteriormente acuñó Clausius, daño lugar al pasado, presente y futuro, que todos los humanos interiorizamos de forma incontrovertible. Al coincidir con la experiencia vital macroscópica que disfrutamos los humanos, la apariencia coincide con la expectación y se ha asimilado de forma total, Con la energía ocurre otro tanto de lo mismo. Pero la flecha la impone la entropía, que es la que mueve el mundo. Todos los procesos acontecen en virtud de un incremento de entropía. La relatividad y la gravedad cuántica lo aclaran meridianamente, pero sus abstracciones son de cierta envergadura y contraintuitivas, en muchos aspectos, por lo que sigue primando la visión energética del mundo.

El magnetismo y la ferroelectricidad son las propiedades más comunes en los dispositivos electrónicos actuales, desde los ordenadores hasta cualquier dispositivo electrónico. El magnetismo orienta la aguja magnética hacia el polo norte, como bien es sabido, al alinear los momentos magnéticos de los electrones que conforman el material. Por su parte, los materiales ferroeléctricos mantienen la polarización eléctrica, incluso cuando cesa el campo eléctrico que lo genera. No es fácil reunir ambas propiedades, que no se da de forma natural. Al precisar un material aislante se han empleado óxidos magnéticos aislantes, empleados en forma de sándwich, como en el caso del osmato de litio. El objetivo es frenar el movimiento de los electrones del otro componente y esto genera la aparición de propiedades ferromagnéticas y ferroeléctricas a temperatura ambiente.

Ahora, investigadores británicos, franceses y alemanes han ideado un material que presenta un magnetismo singular, que resulta muy útil a temperatura ambiente. A la propiedad que exhibe se le denomina “multiferroica”, que puede albergar carga eléctrica (ferroeléctrica) y magnética (ferromagnética). La electricidad controla la componente magnética. El material de partida es el titanato de bario al que se incorporaron las propiedades aludidas en forma de delgadas películas, construidas gracias al procedimiento de nuevo cuño de dispersión magnética resonante de rayos X blandos. Al ser el titanato de bario ferromagnético, sí posee momento magnético y mediante un campo eléctrico se puede controlar. De esta forma, es fácil entender que, si se aplica una diferencia de potencial al material ferroeléctrico y se invierte la polarización ferroeléctrica, se verá afectada la magnetización de la película de Titanato de bario que tiene encima. De esta forma se puede registrar un bit, solamente mediante la aplicación de diferencia de potencial, lo que supone un mecanismo energéticamente ventajoso sobre los actuales procedimientos para grabar información.

La aportación es significativa, por cuanto se trata de obtener estos materiales a temperatura ambiente, lo que supone una ventaja sustancial con respecto a los materiales multiferroicos actuales. No es usual manejar materiales con propiedades ferromagnéticas y ferroeléctricas simultáneamente. Actualmente los materiales que presentan ambas propiedades operan a temperaturas muy bajas y, si hay que descender hasta unos 270 grados centígrados bajo cero, es no solo complicado, sino caro. Topamos con la energía.

Las aplicaciones de estos materiales es muy directa en la construcción de unidades centrales de proceso (CPU), memorias de almacenamiento de datos, al permitir grabar bits usando un campo eléctrico en lugar de un campo magnético, como ahora, y desde las primeras ferritas que emplearon bobinados para, en función del sentido de circulación de la corriente eléctrica (Ley de Lenz) generaban magnetismo permanente en un sentido u otro, posibilitando tano la escritura de un bit, como la lectura del mismo. Usar un campo eléctrico, en lugar de uno magnético, supone un ahorro de energía. El ahorro de energía parece guiar el devenir de las mejoras, aunque en realidad, sea la entropía la que nos dirige.