El efecto Kondo


Toma un imán de la puerta de tu nevera. Córtalo en rodajas hasta una escala atómica. Cada rodaja seguirá magnetizada. Enfríalo mucho. Por debajo de cierta temperatura crítica, sorpresa, desaparecerá el magnetismo. Físicos alicantinos y norteamericanos han demostrado que así ocurre gracias al efecto Kondo. El efecto Kondo designa el aumento de la resistencia eléctrica de metales no magnéticos dopados con impurezas magnéticas conforme la temperatura se acerca al cero absoluto (normalmente, debería disminuir asintóticamente hasta un valor constante). En el efecto Kondo los electrones del metal apantallan los pequeños imanes de cada impureza. El nuevo trabajo ha descubierto que en un metal ferromagnético (sin impurezas magnéticas pero que esté magnetizado) sus electrones pueden apantallar a sus propios átomos (destruyendo la magnetización). Desde Barcelona nos lo cuentan Richard Korytár, Nicolás Lorente, “Solid-state physics: Lost magnetic moments,” Nature 458: 1123-1124, 30 April 2009 , haciéndose eco del artículo técnico de los norteamericanos y alicantinos M. Reyes Calvo, Joaquín Fernández-Rossier, Juan José Palacios, David Jacob, Douglas Natelson, Carlos Untiedt, “The Kondo effect in ferromagnetic atomic contacts,” Nature 458: 1150-1153, 30 April 2009 .
El efecto Kondo (wiki o algo más técnico) se conoce desde los 1960. Un metal no magnético con impurezas magnéticas, por debajo de una temperatura crítica, temperatura de Kondo, los electrones del metal apantallan el momento magnético de las impurezas. ¿Qué pasa si el metal es ferromagnético (los típicos imanes de la puerta de la nevera)? En dicho caso, no sólo apantallan el momento magnético de las impurezas sino también el momento magnético de sus propios átomos. En un hilo ferromangético reducido a escala atómica, el efecto Kondo provoca la desaparición del campo magnético.
Calvo y sus colaboradores han fabricado hilos ferromagnéticos a escala atómica utilizando un fenómeno llamado electromigración y los han “apretado” con un microscopio de efecto túnel. Han logrado fabricar una unión entre dos contactos ferromagnéticos (hierro, cobalto o níquel) unidos por un hilo delgado y separados por una distancia de pocos átomos (es difícil logralo si queremos que sean mecánica y térmicamente estables). Han aplicado un voltaje y lo han enfriado por debajo de la temperatura de Kondo (que depende del material) y han observado el efecto Kondo, pero sin tener que introducir impurezas magnéticas en el metal. Algo así como un auto-efecto Kondo con una sorpresa inesperada: la magnetización desaparece. 
¿Para qué sirve? Estas medidas de la conductividad en contactos a escala atómica (nanométrica) nos permiten estudiar el comportamiento del magnetismo a estas escalas y permitirá desarrollar nuevos contactos magnéticos para aplicaciones nanotecnológicas. En el estudio de las propiedades magnetoelectrónicas de nanoestructuras este avance ofrece más preguntas que respuestas pero promete convertirse en una línea de investigación muy “activa” en el futuro.
“Do non-magnetic atoms develop magnetism in non-magnetic materials as their dimensions are reduced? How does electronic transport take place? Does spin transport occur in addition to charge transport? We expect that, besides its fundamental implications for our understanding of how electrons interact in solid-state materials, this work will provide new insights into the properties of nanostructures and their use in fields such as magnetoelectronics, or indeed any technology operating on the scale where quantum mechanics rules.” Korytár y Lorente, Centre d’Investigació en Nanociència i Nanotecnologia CIN2 (CSIC – ICN), Bellaterra, España.
La figura de abajo muestra un hilo ferromagnético (a) cuyo campo magnético es debido al momento magnético de los electrones en orbitales tipo d asociados a los átomos de la red cristalina del metal (flechas blancas); los electrones en orbitales de tipo s y p se mueven libremente por el metal y no contribuyen a la magnetización del material. El trabajo de María Reyes Calvo Urbina, becaria de investigación de la Universidad de Alicante, la primera firmante del artículo, ha mostrado que cuando el hilo tiene uno o dos átomos de grosor, la interacción entre los electrones en orbitales d se reduce a costa de incrementarse la interacción con los electrones en orbitales s y p. Por ello el campo magnético en el nanohilo se reduce. Los resultados experimentales de Reyes (intrepretados como resonancias de Fano-Kondo) y sus simulaciones numéricas por ordenador muestran que la razón de esta “desmagnetización” es el efecto Kondo, que actúa en este sistema de una forma completamente sorprendente e inesperada.




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