Química: El Carbono Se Une al Club Magnético

21 de Junio de 2007.
Oficialmente, el exclusivo club de los elementos magnéticos tiene un nuevo miembro: el carbono. Empleando un haz de protones y técnicas avanzadas de rayos X, unos investigadores finalmente han disipado las dudas sobre la capacidad del carbono de poder hacerse magnético.

Los científicos sospechaban desde hace mucho tiempo que el carbono pertenecía a la corta lista de materiales que pueden ser magnéticos a temperatura ambiente, pero la prueba de esa hipótesis languideció en la controversia durante casi una década. Desde la antigüedad, el magnetismo ha parecido ser un "truco" sólo realizado por el hierro, el níquel, el cobalto y un puñado de aleaciones raras.

En el pasado, algunos grupos pensaron que habían descubierto el carbono magnético. Desgraciadamente, después comprendieron que fueron confundidos por las pequeñas cantidades de hierro, cobalto o níquel contenidas en sus muestras.

La posible identidad magnética del carbono surgió por primera vez cuando se encontraron meteoritos conteniendo pedazos de este elemento magnetizado, pero esas motas de carbono se encontraban muy cerca del níquel, llevando ello a la sospecha de que el magnetismo observado quizá proviniera de este último. Hasta ahora, los intentos de demostrar que el carbono puro podía ser magnetizado habían sido poco convincentes.

Esta nueva investigación abre las puertas a futuros estudios orientados a mejorar el magnetismo en el carbono, lo que puede llevar un día a combinar dos interesantes "mundos": el del magnetismo y el del carbono.

Dominar las propiedades magnéticas del carbono podría un día revolucionar varios campos de aplicaciones, desde la nanotecnología a la electrónica. Podrían construirse nanodispositivos ensamblando uno a uno átomos de carbono, permitiendo la construcción de sofisticadas máquinas miniaturizadas y abriendo una nueva era en la electrónica de bajo peso. El magnetismo, que forma la base del almacenamiento y procesamiento de la información en las unidades de disco duro de los ordenadores, podría ser empleado de nuevas formas en los dispositivos electrónicos del futuro.

El magnetismo es un "fenómeno de orden". Todos los átomos se comportan como diminutos imanes debido a la orientación del espín de sus electrones. Cuando bastantes de esos diminutos espines magnéticos (o "momentos") se alinean, del material emana un campo magnético que puede medirse. Los espines de los electrones del hierro se alinean con facilidad, incluso en altas temperaturas, haciéndolo un material magnético ideal.

Los electrones del carbono se colocan de manera tal que la magnetización, hasta muy recientemente, parecía teóricamente imposible. El carbono contenido en meteoritos encontrados en 1999 desafiaba esa noción y la investigación subsiguiente demostró que un magnetismo transitorio a pequeña escala se puede inducir temporalmente en el carbono cuando se le pone cerca de otros elementos magnetizados.

Hendrik Ohldag (del Centro del Acelerador Lineal de Stanford) y colegas suyos de la Universidad de Leipzig, Alemania, y del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, han demostrado ahora que muestras de carbono puro pueden hacerse permanentemente magnéticas a temperatura ambiente. El equipo de Ohldag aplicó un haz de protones para desestabilizar y alinear una porción de los electrones en las muestras de carbono puro, magnetizando puntos diminutos aunque medibles, dentro del carbono.

El equipo empleó un sofisticado microscopio de rayos X para obtener imágenes de las porciones magnetizadas. El haz de rayos X también permitió al equipo verificar, más allá de toda duda, que la muestra permanecía libre de impurezas durante los experimentos, a diferencia de lo ocurrido en anteriores estudios.