Científicos logran predecir cuándo unos cristales intermetálicos se comportarán como imanes y cuándo no

Publicado por César Noragueda

Periodista especializado en cine, ciencia y pensamiento crítico.

Creado: 30.09.2026 | 23:15 Actualizado: 30.09.2026 | 23:16

Acercamos un imán a la puerta del frigorífico y damos por sentado lo que ocurrirá. Sin embargo, esa atracción cotidiana nace de un universo microscópico bastante menos intuitivo. Que una sustancia presente magnetización no depende simplemente de contener determinados elementos: también importa cómo interactúan sus componentes a escala atómica.

La dificultad crece en ciertas aleaciones, donde leves modificaciones de composición pueden desembocar en respuestas magnéticas muy distintas. Durante años, los físicos han perseguido una pauta suficientemente amplia para ordenar semejante diversidad y determinar, antes de fabricar cada fórmula imaginable, qué reacción cabe esperar.

Un equipo internacional encabezado por Farid Labib, de la Universidad de Ciencias de Tokio, ha examinado ahora una familia especialmente intrincada de sólidos intermetálicos. Su propósito era averiguar si detrás de aquel aparente laberinto se ocultaba un denominador compartido.

No obstante, para comprender lo que hallaron según lo que han publicado en la veterana revista científica Journal of the American Chemical Society, primero conviene desmontar una idea engañosamente simple: qué significa, en realidad, comportarse como un imán.

Antes de entender el descubrimiento, hay que saber qué significa “ser un imán”

Imaginemos que dentro de un material hay multitud de brújulas diminutas. La comparación no debe tomarse literalmente: esas agujas representan los momentos magnéticos de los átomos, una propiedad cuántica que sirve para expresar hacia dónde apuntan. Lo decisivo no es solo que existan, sino el vínculo que mantienen unas con otras.

En un ferromagneto, muchas de esas “brújulas” microscópicas se coordinan de tal modo que sus contribuciones no se cancelan y surge una magnetización neta. Es lo que lo describe y el escenario que más se aproxima a nuestra imagen corriente de un imán.

Cabe una segunda alternativa. En un antiferromagneto, también reina el orden, pero las direcciones opuestas se compensan. El conjunto, por tanto, carece de esa respuesta global característica del ejemplo anterior. Esto no implica que haya desaparecido el magnetismo: los momentos magnéticos permanecen presentes y organizados, solo que su efecto total queda equilibrado.

El tercer desenlace relevante recibe un nombre evocador: vidrio de espín. Aquí los momentos se congelan caóticamente, sin alcanzar una coordinación colectiva de largo alcance como la de los otros dos estados. Y la pregunta no es únicamente si una muestra “es magnética”, sino qué disposición termina imponiéndose.

Unas muñecas rusas construidas con átomos

Los protagonistas pertenecen a los llamados compuestos intermetálicos de tipo Tsai. Un intermetálico es un sólido constituido por varios elementos metálicos cuyos átomos ocupan posiciones definidas dentro de un armazón cristalino.

Una analogía útil sería una colección de muñecas rusas, pero fabricadas con capas atómicas concéntricas. Las estructuras Tsai albergan varias envolturas geométricas encajadas unas dentro de otras. Entre ellas, figura un icosaedro, un poliedro con 12 vértices. En esos puntos, se sitúan tierras raras cuyos momentos desempeñan un papel fundamental en el fenómeno analizado.

Un intermetálico es un sólido constituido por varios elementos metálicos cuyos átomos ocupan posiciones definidas dentro de un armazón cristalino.

Los científicos trabajan con sistemas basados en oro combinado con aluminio, galio o silicio y tierras raras como terbio, disprosio y holmio. Buena parte son cristales aproximantes: arquitecturas periódicas emparentadas con los cuasicristales, sólidos dotados de una organización muy elaborada, aunque carecen de la repetición espacial convencional de los cristales ordinarios.

El criterio utilizado hasta ahora no servía para todos

Los investigadores ya contaban con una pista importante. Tradicionalmente, se ha empleado la concentración de electrones de valencia por átomo, abreviada e/a, para clasificar el comportamiento magnético de estos sistemas. Los electrones de valencia ocupan las zonas más externas del átomo y participan en los enlaces.

Ese indicador asociaba la composición electrónica de una aleación con el estado observado. El inconveniente surgía al intentar elaborar una interpretación unificadora. Los límites obtenidos mediante e/a variaban según la tierra rara o el repertorio químico considerado.

El panorama planteaba un desafío atractivo. Si compuestos emparentados podían acabar como ferromagnetos, antiferromagnetos o vidrios de espín, quizá hubiera otra magnitud capaz de reunir todos esos resultados bajo una misma lógica. Y la clave estaba, literalmente, en la estructura.

El patrón escondido en la separación entre los átomos

La variable que consiguió organizar el conjunto fue el parámetro de red. El nombre puede sonar abstracto, pero expresa una idea bastante tangible: cuantifica las dimensiones características de la celda estructural que se repite dentro del cristal. No equivale al tamaño exterior de una muestra; refleja su geometría interna a escala atómica.

Al cotejar numerosos compuestos, los científicos comprobaron que sus estados se repartían siguiendo esa magnitud. Por encima de aproximadamente 14,72 ángstroms, predominaba el orden antiferromagnético; entre unos 14,62 y 14,72, se estabilizaba el ferromagnetismo; por debajo de alrededor de 14,62, quedaba suprimida la coordinación de largo alcance y emergía el vidrio de espín.

Lo que consiguió organizar el conjunto fue el parámetro de red, que cuantifica las dimensiones características de la celda estructural que se repite dentro del cristal, su geometría interna a escala atómica.

Y eso teniendo en cuenta que un ángstrom equivale a una diezmilmillonésima de metro, así que son diferencias minúsculas vinculadas a desenlaces colectivos radicalmente dispares.

Pensemos en un mecanismo cuyas piezas alteran ligeramente su separación. Aunque los átomos no sean engranajes, el símil ayuda: modificar las distancias internas transforma las interacciones que compiten entre sí.

Una magnitud estructural relativamente accesible proporcionaba así el hilo conductor que el procedimiento anterior no ofrecía de manera unificada.

Por encima de 14,72 ángstroms, predominaba el orden antiferromagnético; entre 14,62 y 14,72, se estabilizaba el ferromagnetismo; por debajo, emergía el vidrio de espín.

Detrás de la geometría, siguen estando los electrones

Sería tentador concluir que unos pocos centésimos de ángstrom gobiernan mágicamente el magnetismo. No es eso lo que sostiene el equipo. El parámetro de red actúa como una huella perceptible de procesos electrónicos más profundos, no como una causa aislada de cuanto sucede.

Los autores detectaron una correspondencia inversa casi monótona entre esa magnitud y la concentración de electrones de valencia por átomo: al crecer una, la otra tiende a disminuir. Interpretan cualitativamente ese vínculo como una contracción de la red impulsada por la valencia. Dicho de otro modo, la disposición cristalina conserva información sobre la configuración electrónica que tradicionalmente se plasmaba mediante el recuento e/a.

El nuevo criterio funciona así como un marcador medible para ubicar el compuesto dentro de un mapa, aunque debajo continúe operando una física compleja.

Detectaron una correspondencia inversa casi monótona entre esa magnitud y la concentración de electrones de valencia por átomo: al crecer una, la otra tiende a disminuir.

Hay además una pieza microscópica importante. Los análisis indican que la interacción entre los momentos magnéticos de los átomos más próximos cambia de carácter: favorece una alineación antiferromagnética en un caso y ferromagnética en el otro. Al mismo tiempo, mientras una fuerte anisotropía local condiciona las direcciones preferidas por cada momento. La anisotropía quiere decir, sencillamente, que para esas pequeñas “brújulas” no todas las orientaciones resultan igual de favorables.

Del laboratorio a una cartografía del magnetismo

Llegar a esa síntesis exigió reunir herramientas que exploran facetas distintas del mismo problema. La difracción de rayos X sirvió para caracterizar el entramado cristalino, la magnetometría registró la respuesta de las muestras y las técnicas con neutrones ayudaron a reconstruir la distribución de los momentos y sondear las energías implicadas.

Tres formulaciones con disprosio ilustran con especial claridad la transición. Una aleación cuyo parámetro de red alcanzaba 14,73 ángstroms presentó orden antiferromagnético. Otra, situada en 14,68, resultó ferromagnética. Una tercera, con 14,60, exhibió las señales características de un vidrio de espín. La proximidad de las cifras es reveladora: 14,73 y 14,68 parecen casi lo mismo, pero conducen a desenlaces diferentes.

Los experimentos desvelaron además arreglos magnéticos no triviales, con momentos inclinados respecto a direcciones locales. Y, cerca del umbral entre ferro y antiferromagnetismo, se registraron transiciones sucesivas y descensos de la temperatura de ordenamiento, indicios de una pugna intensa. Esa cartografía no borra la complejidad: permite contemplarla dentro de una visión integradora.

Una brújula para buscar magnetismos todavía desconocidos

Disponer de semejante guía modifica la estrategia para investigar estas aleaciones. En vez de ensayar composiciones sin una referencia inicial unificadora, el parámetro de red brinda una orientación para escoger dominios donde podrían estabilizarse determinados estados de magnetismo.

Los propios autores señalan ámbitos todavía inexplorados, entre ellos cuasicristales antiferromagnéticos y texturas magnéticas parecidas a erizos, configuraciones en las que los momentos dibujan patrones espaciales peculiares.

El parámetro de red brinda una orientación para escoger dominios donde podrían estabilizarse determinados estados de magnetismo.

El trabajo no demuestra que esas fases vayan a encontrarse ni promete aplicaciones tecnológicas inmediatas, sino que indica dónde podría merecer la pena rastrearlas. Esa capacidad de acotar la exploración resulta valiosa ante la multitud de mezclas químicas posibles, porque convierte una regularidad detectada en una guía para futuras pruebas.

El avance no consiste en haber diseñado un imán revolucionario, sino en disponer de una ruta más versátil para navegar por un territorio que hasta ahora exigía cartas separadas.

Lo que cambia es nuestra manera de entender el imán

Volvamos a las pequeñas brújulas del principio. Al comenzar, podía parecer que el magnetismo dependía sobre todo de qué elementos contiene un material. Ahora obtenemos una perspectiva más rica: importa cuáles son sus átomos, pero también dónde están, cuánto los separa y qué interacciones favorece esa trama.

Ahí reside la enseñanza más amplia. Muchas propiedades perceptibles a escala humana emergen de decisiones colectivas tomadas, por así decirlo, en longitudes inconcebiblemente pequeñas. Unas centésimas de ángstrom pueden acompañar el paso entre modalidades muy diferentes de organización magnética.

La puerta del frigorífico sigue igual, pero nuestra mirada sobre el fenómeno ya no. Detrás de un gesto tan simple, actúa una negociación entre estructura, electrones e interacciones. Encontrar principios que conecten esos niveles permite avanzar desde explicar lo que hace la materia hasta anticipar qué conducta puede adoptar.

Referencias

• Farid Labib, Kazuhiro Nawa, Yusuke Nambu, Hiroyuki Takakura, Yoichi Ikeda, Kazuhiko Deguchi, Masato Matsuura, Asuka Ishikawa, Ryoichi Kajimoto, Kazuhiko Ikeuchi, Taku Sato y Ryuji Tamura. "Lattice Parameter Governs Magnetic Ground State Selection in Tsai-Type Intermetallic Compounds". Journal of the American Chemical Society, 30 de septiembre de 2026. DOI: 10.1021/jacs.6c05709.