Una técnica de microscopía mejorada revela secretos magnéticos ocultos de los materiales inteligentes
Los materiales inteligentes o funcionales, la última revolución en el campo de la ciencia de los materiales, pueden adaptar sus propiedades físicas o químicas en función de los cambios en su entorno. Estos conforman la base de la sociedad moderna, ya que adornan todos nuestros dispositivos modernos, desde teléfonos inteligentes y ordenadores hasta satélites y coches. Hasta ahora, los fabricantes de dispositivos electrónicos habían aprovechado la famosa ley de Moore para producir las generaciones sucesivas de chips cada vez más pequeños, densos y potentes. Los circuitos integrados de silicio han sido la base de prácticamente todo en nuestro mundo digital. Sin embargo, el rendimiento de los dispositivos a base de silicio pronto se topará con obstáculo. Magnus Nord, profesor adjunto en el Departamento de Física de la Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología, señala: «Las nuevas clases de materiales funcionales pueden ser una forma de sustituir el silicio cuando este no logre producir chips cada vez más pequeños. Los materiales magnéticos son una clase destacada de materiales que poseen varias capacidades inteligentes. Su respuesta magnética a un campo magnético externo hace que resulten adecuados para su uso en distintas aplicaciones como el almacenamiento de datos, las comunicaciones y los sensores. Para diseñar este tipo de dispositivos a partir de materiales magnéticos a menudo complejos, se necesita comprender cómo funcionan a nanoescala y, a esta escala, el fascinante mundo de la mecánica cuántica se afianza», explica Nord.
Eliminación de los obstáculos para la obtención de imágenes a nanoescala de propiedades funcionales
La falta de técnicas experimentales adecuadas para estudiar las misteriosas propiedades magnéticas a nanoescala impide que los materiales magnéticos tengan una mayor repercusión. En el contexto de MAGIMOX, un proyecto emprendido con el apoyo de las Acciones Marie Skłodowska-Curie, Nord se dedicó a extender las capacidades de la microscopía electrónica de transmisión y barrido(se abrirá en una nueva ventana) (STEM, por sus siglas en inglés) a segmentos no explotados hasta entonces cuando trabajaba en la Universidad de Amberes. «La STEM es una técnica de imagenología potente que puede obtener imágenes de columnas atómicas de un material de forma meticulosa. Sin embargo, esta técnica no se presta al estudio de las propiedades funcionales de los materiales, sino de su estructura», señala Nord. «A pesar de que los detectores STEM pixelados(se abrirá en una nueva ventana) nos han permitido obtener directamente imágenes de campos magnéticos, todavía tienen mucho margen de mejora, sobre todo en cuanto a su capacidad de funcionar con casi todos los instrumentos STEM y con una gran variedad de materiales». El equipo del proyecto optimizó varios algoritmos de procesamiento de datos para estudiar las transiciones de fase magnéticas en películas finas de óxidos de perovskita, un tipo especial de materiales que presentan una gran variedad de propiedades funcionales. Todas las mejoras del código se incorporaron en pyxem(se abrirá en una nueva ventana), una biblioteca de «software» de código abierto Python. Mucho trabajo se orientó también hacia la calibración y la alineación de la STEM. Se considera sumamente necesario optimizar la alineación, puesto que la lente principal se apaga durante el funcionamiento, lo cual afecta en gran medida a la óptica electrónica del sistema de microscopía. Aparte de investigar las propiedades magnéticas de películas finas de óxido de perovskita La0.7Sr0.3MnO3 los investigadores hicieron grandes progresos en el estudio de las transiciones de fase estructurales en otra clase de materiales de óxidos funcionales ya disponibles que se calentaron. La mejora de los algoritmos de procesamiento de datos facilitó el estudio de transiciones de fase estructurales en una gama más amplia de instrumentos de STEM y a lo largo de campos de visión mucho más amplios. Puede que los materiales inteligentes acaben de empezar a salir del ámbito del laboratorio, pero tienen distintas aplicaciones posibles fuera de su ámbito básico de la electrónica, como en el de los actuadores, las estructuras de aeronaves y los sistemas de administración de fármacos. Descubrir cómo funcionan a nanoescala podría promover la innovación en todo tipo de aplicaciones como estas.
