Científicos e ingenieros de la Universidad de Minnesota han transformado eléctricamente sulfuro de hierro, un material abundante conocido como pirita o «oro de los tontos» -por su parecido con este, si bien su valor es mucho menor- en un material magnético. Se trata de la primera vez que se transforma un elemento no magnético en otro que sí lo es, lo que podría ser un nuevo paso para construir nuevos componentes que mejoren, por ejemplo, la memoria de los ordenadores con un gasto energético más eficiente. Los resultados se publican en la revista « Science Advances».
«La mayoría de las personas con conocimientos en magnetismo probablemente dirán que es imposible transformar eléctricamente un material no magnético en uno magnético. Sin embargo, cuando miramos un poco más allá, vimos una ruta potencial y lo hicimos realidad», afirma Chris Leighton, investigador principal del estudio y profesor de la Universidad de McKnight en el Departamento de Ingeniería Química y Ciencia de Materiales de la Universidad de Minnesota.
Mezlcando dos enfoques
Leighton y sus colegas, incluidos Eray Aydil, de la Universidad de Nueva York, y Laura Gagliardi, química en la Universidad de Minnesota, han estado estudiando el sulfuro de hierro durante más de una década para su posible uso en células solares. El azufre en particular es un subproducto muy abundante y de bajo coste de la producción de petróleo. Pero, de momento, aún no han dado con la clave.
«Realmente volvimos al material de sulfuro de hierro para tratar de descubrir los obstáculos fundamentales para las células solares baratas y no tóxicas -afirma Leighton-. Mientras tanto, mi grupo también estaba trabajando en el campo emergente de la magnetoiónica, donde tratamos de usar voltajes eléctricos para controlar las propiedades magnéticas de los materiales para aplicaciones potenciales en dispositivos de almacenamiento de datos magnéticos. En algún momento nos dimos cuenta de que deberíamos combinar estas dos direcciones de investigación. Y valió la pena».
Leighton explica que su objetivo era manipular las propiedades magnéticas de los materiales con un voltaje solo, con muy poca corriente eléctrica, lo cual es importante para conseguir que los dispositivos magnéticos sean energéticamente más eficientes. El progreso hasta la fecha había incluido activar y desactivar el ferromagnetismo en otros tipos de materiales magnéticos. Sin embargo, el sulfuro de hierro ofrecía la posibilidad de inducir ferromagnetismo potencialmente eléctrico en un material completamente no magnético.
Activación de electrolitos
En el estudio, los investigadores utilizaron una técnica llamada activación de electrolitos. Tomaron el material de sulfuro de hierro no magnético y lo pusieron en un dispositivo en contacto con una solución iónica o electrolito. Luego aplicaron tan solo 1 voltio (menos voltaje que una batería doméstica), movieron moléculas cargadas positivamente a la interfaz entre el electrolito y el sulfuro de hierro, e indujeron el magnetismo. Es importante destacar que pudieron apagar el voltaje y devolver el material a su estado no magnético, lo que significa que pueden activar y desactivar el magnetismo de forma reversible.
«Nos sorprendió bastante que funcionara», dice Leighton. «Al aplicar el voltaje, esencialmente vertimos electrones en el material. Resulta que si obtienes concentraciones suficientemente altas de electrones, el material quiere volverse ferromagnético espontáneamente. Esto tiene mucho potencial, porque creemos que podemos hacerlo con otros materiales».
Leighton afirma que el siguiente paso es continuar la investigación para replicar el proceso a temperaturas más altas, lo que los datos preliminares del equipo sugieren que ciertamente debería ser posible. También esperan probar el proceso con otros materiales y demostrar potencial para dispositivos reales.
