La Física esta llena de efectos sorprendentes y espectaculares. Para observarlos generalmente hay que utilizar condiciones experimentales extremas, muy bajas temperaturas, muy bajas o muy altas presiones, aplicar campos magnéticos muy intensos, ser capaces de detectar variaciones del orden de una parte en un millón, viajar a velocidades próximas a la de la luz, obtener datos de fenómenos que han ocurrido hace muchísimo tiempo y en lugares muy alejados del sistema solar, etc. En realidad situarse en condiciones muy alejadas de nuestra experiencia diaria.
El fenómeno que ha sido premiado este año con el premio Nobel de Física contradice lo anteriormente señalado, en condiciones normales se puede detectar un efecto muy llamativo. Entendiendo por condiciones normales, temperatura ambiente, aplicación de campos magnéticos pequeños y detectar señales que llegan a superar variaciones del orden de una parte en diez. A. Fert de la Universidad de Paris Sur
[1] y P. Grünberg del Instituto de Física de Estado Sólido en el Centro de Investigación Nuclearde Jülich (Alemania)
[2] encontraron un efecto que en 10 años esta ya comercializado y es de uso diario. Cada vez que el propio lector oiga música o vea una película o lea usando un ordenador esta comprobando la famosa frase:" No existe ciencia aplicada, la ciencia se aplica".
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| Hoy en día desde los supermercados hasta los hospitales, por citar sólo dos ejemplos se benefician de que la ciencia de calidad no es ni básica ni aplicada es simplemente ciencia |
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Efectivamente el descubrimiento de la Magnetorresistencia Gigante, que es el fenómeno que ha sido reconocido con el premio Nobel de Física de 2007, encaja perfectamente en esta situación. Sería algo parecido al descubrimiento del láser. El láser al principio no dejaba de ser un dispositivo de interés muy grande pero su utilización estaba limitada a los laboratorios de investigación. Hoy en día desde los supermercados hasta los hospitales, por citar sólo dos ejemplos se benefician de que la ciencia de calidad no es ni básica ni aplicada es simplemente ciencia, pero esa ciencia de calidad siempre produce beneficios en la sociedad. En el caso de la Magnetorresistencia Gigante el beneficio ha sido inmediato.
Fert desde sus comienzos como investigador siempre ha trabajado en las variaciones en la resistencia eléctrica que en un ferromagnético, en un imán, produce la aplicación de un campo magnético exterior. Este efecto que es muy general y que en los ferromagnéticos tiene valores apreciables se conoce con el nombre de Magnetorresistencia. Este es un efecto conocido desde mediados del siglo XIX. Pero hay que destacar que uno de los trabajos claves para entender el mecanismo que produce este efecto se puede encontrar en el artículo de Fert y Campbell de 1968[3]. En este trabajo se explica como los electrones de conducción se mueven con mayor o menor resistencia dependiendo de la dirección de los momentos magnéticos que existan en el material. Este efecto es habitualmente de una parte en mil.
El siguiente paso para seguir la pista a este descubrimiento de la Magnetorresistencia Gigante es el material en el que Fert y Grünberg lo midieron. Para ello tenemos que situarnos en Estados Unidos, allí en 1980 en un laboratorio nacional cerca de Chicago (Argonne National Laboratory), I. K. Schuller, actualmente profesor en la Universidad de California, encontró la forma de fabricar nuevos materiales metálicos depositando alternadamente dos metales distintos[4]
Hay que recordar que la fabricación de heteroestructuras con deposición alternada de semiconductores, formando multicapas es la base de toda la microelectrónica. Schuller encontró la forma de obtener lo mismo en metales. Es decir nuevos materiales metálicos a partir de metales ya conocidos.
Ahora parece obvio y claro el siguiente paso para la obtención de una señal de magnetorresistencia gigante, pero como ocurre siempre una vez demostrado, puede parecer trivial, lo importante no solo es que se te ocurra sino ser capaz de conseguirlo. Si los electrones de conducción conducen con distinta resistencia según la dirección del momento magnético con el que interaccionan, sería ideal conseguir un material donde un gran número de átomos están con los momentos magnéticos paralelos y en otra parte del material están con los momentos magnéticos antiparalelos, el efecto se multiplicaría. Eso es lo que ocurre en el experimento de Fert y Grünberg.
Ambos grupos utilizaron el mismo material superredes de Fe/Cr es decir láminas delgadas de Fe y Cr depositadas alternadamente, se produce para los espesores adecuados un acoplamiento antiferro, es decir que se va alternadamente teniendo capas con imanaciones paralelas y antiparalelas. Al aplicar un campo magnético externo y poner todas las capas paralelas el cambio de resistencia en el material es muy notable. Este efecto permite con un campo magnético aplicado moderado (ya que se trata de un ferromagnético) y a temperatura ambiente tener una gran variación en un fenómeno (la resistencia) muy fácilmente observable.
Además, el descubrimiento de Fert y Grünberg ha sido el punto inicial de un nuevo campo de investigación la llamada espintrónica. Hasta el momento se podía fabricar dispositivos electrónicos donde era la carga del electrón de conducción lo que jugaba un papel fundamental, ahora se tiene un grado más de libertad, dado que se puede jugar (aunque no es trivial de momento) con el momento magnético del electrón, su espín.
Referencias:
[1]Baibich, Broto, Fert, van Dau, Petroff, Etienne, Creuzet, Friederich, Chavelas, "Giant Magnetoresistance of 001Fe/001Cr Magnetic Superlattices", Physical Review Letters 61, 2472, 1988.[2]Binasch, Grünberg, Saurenbach, Zinn, "Enhanced Magnetoresistance in Layered Magnetic Structures with Antiferromagnetic Interlayer Exchange", Physical Review B39, 4828, 1989.[3]A. Fert, I. A. Campbell, "Two Current Conduction in Nickel", Physical Review Letters, 21, 1190, 1968.[4]I. K. Schuller, "New Class of Layered Materials", Physical Review Letters 44, 1597, 1980.
