Los giros influyen en la estructura cristalina del oxígeno sólido bajo campos magnéticos extremos, según un estudio.

8 de noviembre de 2025

por Ingrid Fadelli, Phys.org

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editado por Sadie Harley, revisado por Robert Egan

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Colocar materiales bajo campos magnéticos extremadamente fuertes puede dar lugar a fenómenos o comportamientos físicos inusuales y fascinantes. Específicamente, los estudios muestran que bajo campos magnéticos superiores a 100 teslas (T), los espines (es decir, orientaciones magnéticas intrínsecas de los electrones) y los átomos comienzan a formar nuevas disposiciones, promoviendo nuevas fases de la materia o estirando una red cristalina.

Un efecto físico que puede tener lugar bajo estas condiciones extremas se conoce como magnetoestricción. Este efecto básicamente provoca que la estructura cristalina de un material se estire, contraiga o deforme.

Cuando se producen campos magnéticos por encima de 100 T experimentalmente, solo pueden mantenerse por un tiempo muy corto, típicamente solo por unos pocos microsegundos. Esto se debe a que su generación ejerce una gran tensión en los cables utilizados para producir los campos (es decir, bobinas), lo que hace que se rompan casi de inmediato.

Investigadores de la Universidad de Electro-Comunicaciones de Tokio, RIKEN y otros institutos de Japón recientemente desarrollaron nuevos equipos para producir brevemente campos magnéticos extremadamente fuertes alrededor de 110 T y luego capturar las posiciones de los átomos en materiales bajo estos campos.

En un artículo publicado en Physical Review Letters, informan nuevas ideas reunidas al aplicar estos métodos al estudio del oxígeno sólido.

"El objetivo principal del estudio es explorar el mundo extremo de los campos magnéticos ultrapotentes de 100-1,000 T", dijo Akihiko Ikeda, primer autor del artículo, a Phys.org. "En el estudio, realizamos por primera vez un experimento de rayos X por encima de 100 T, lo cual es significativo en términos de explorar la frontera".

Para realizar sus experimentos, Ikeda y sus colegas utilizaron un generador de campo magnético portátil que desarrollaron, llamado PINK-02. Este generador les permitió producir un campo magnético extremadamente alto de aproximadamente 110 T durante unos pocos microsegundos.

Los investigadores utilizaron posteriormente la tecnología láser para enviar pulsos de rayos X XFEL ultrarrápidos a cristales de oxígeno sólido expuestos a este campo magnético extremadamente fuerte. Este enfoque les permitió capturar instantáneas que mostraban las posiciones de los átomos de oxígeno sólido durante el pulso magnético.

"La novedad de nuestro artículo es el nuevo generador portátil de 100 T llamado PINK-02, que es esencial para el estudio", explicó Ikeda. "Este generador se combinó con el láser de electrones libres de rayos X, lo que solo es posible gracias a la portabilidad de PINK-02".

Finalmente, el equipo analizó las instantáneas y comparó las posiciones de los átomos antes y mientras el oxígeno sólido estaba expuesto al campo magnético de 110T. Esto arrojó resultados interesantes, mostrando que el cristal experimentó una gigantesca magnetoestricción y se estiró aproximadamente un 1%.

Los investigadores vincularon la magnetoestricción que observaron a interacciones de espín y fuerzas de red en competencia bajo campos magnéticos fuertes. Por lo tanto, su trabajo sugiere que bajo campos magnéticos superiores a 100T, los espines influyen en la estructura cristalina de materiales sólidos, particularmente el oxígeno sólido.

En el futuro, el generador de campo magnético que desarrollaron y el láser de rayos X que emplearon podrían utilizarse para estudiar otros materiales en las mismas condiciones extremas.

"Nuestros hallazgos demuestran que los espines pueden afectar la estabilidad de la estructura cristalina de un material, en el caso de nuestro estudio, la del oxígeno sólido", agregó Ikeda.

"Ahora intentaremos descubrir la estructura cristalina del oxígeno sólido llamada fase θ, aumentando aún más los campos magnéticos disponibles hasta 120 a 130 T, y desvelaremos el cambio en la estructura cristalina en varios materiales por encima de 100 T".

Escrito para ti por nuestra autora Ingrid Fadelli, editado por Sadie Harley, y verificado y revisado por Robert Egan, este artículo es el resultado de un trabajo humano cuidadoso. Contamos con lectores como tú para mantener viva la divulgación científica independiente. Si esta información es importante para ti, considera hacer una donación (especialmente mensual). Obtendrás una cuenta sin anuncios como agradecimiento.

Más información: Akihiko Ikeda et al, X-Ray Free-Electron Laser Observation of Giant and Anisotropic Magnetostriction in β-O2 at 110 Tesla, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/r7br-qnrn.

Información del diario: Physical Review Letters

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