Investigadores del Grupo de Química Teórica y Computacional aportan un enfoque novedoso y general para entender el acoplamiento entre los diferentes electrones magnéticos presentes en una molécula

Su hallazgo abre un camino no convencional para el desarrollo de imanes que pueden ser empleados en el almacenamiento masivo de datos o en computación cuántica

Oviedo/Uviéu, 22 de febrero de 2021. Entender el acoplamiento entre los diferentes electrones magnéticos presentes en una molécula resulta cada vez más importante para desarrollar tecnologías punteras. Los investigadores Ángel Martín Pendás y Evelio Francisco, ambos del Grupo de Química Teórica y Computacional de la Universidad de Oviedo, han abierto un camino no convencional hacia el diseño de nuevos imanes moleculares con propiedades sintonizables, muy demandados en la industria tecnológica. Su estudio ha sido publicado en la revista Physical Chemistry Chemical Physics y ha sido, además, destacado entre las noticias químicas del mes por Chemistry World.

Los investigadores han propuesto un nuevo modelo interpretativo para racionalizar el tipo de acoplamiento que presentan los diferentes centros magnéticos de una molécula. La adecuada comprensión de este fenómeno, que determina, por ejemplo, si un material será ferromagnético, es decir, se comportará como un imán o no, es fundamental en el desarrollo de aplicaciones tecnológicas.

Martín Pendás recuerda que los métodos utilizados hasta la fecha por físicos y químicos para entender el acoplamiento magnético se han basado en los llamados orbitales, objetos que describen la conducta promedio de un electrón. “A pesar de su éxito innegable, el uso de orbitales impide acceder al verdadero comportamiento instantáneo de los electrones, por lo que es posible que estemos tratando de comprender las propiedades magnéticas de muchos materiales con una venda que nos impide acceder a potenciales regiones de interés y a mundos completamente inexplorados”, destaca.

En este trabajo, los dos investigadores han mostrado cómo se pueden observar estos fenómenos sin la venda orbital y han descubierto que el comportamiento magnético está determinado por la extensión y el tipo de deslocalización espacial de los electrones. “La deslocalización electrónica es un fenómeno puramente mecano-cuántico, relacionado con la capacidad que las partículas microscópicas tienen de atravesar paredes prohibidas en el mundo macroscópico”, explica Francisco.

El magnetismo depende de una propiedad de los electrones denominada espín, que puede venir en dos sabores que llamamos arriba y abajo. En un imán, los electrones de centros lejanos alinean sus espines. Uno de los principios básicos, y más extraños, de la Mecánica Cuántica establece que no podemos observar dos electrones con el mismo sabor en el mismo lugar. “En la investigación, demostramos que son las barreras o paredes que los electrones han de atravesar debidas a este fenómeno (las denominadas barreras de Pauli) las que determinan el tipo de alineamiento de los espines”, comentan ambos.

Esta visión, aunque compatible con el pensamiento orbital, supera sus limitaciones. A través de ella, es la deslocalización electrónica por el espacio, facilitada u obstaculizada por la estructura específica de un sistema, lo que subyace a su modo de acoplamiento magnético preferido. Con esta nueva perspectiva, se abren nuevas vías en la exploración de materiales magnéticos no convencionales, ampliamente demandados para ampliar la capacidad de almacenamiento de dispositivos digitales.