El bismuto de ferrita, el titanato de bario y el manganato de terbio son algunos ejemplos de compuestos que están bajo el foco de la física de la materia condensada. Se trata de materiales llamados multiferroicos y por sus peculiares propiedades se los considera prometedores para el desarrollo de tecnologías para el almacenamiento de datos y la detección de señales.
Para entender la compleja interacción entre el magnetismo y la electricidad que se da en estos materiales, un equipo compuesto por los físicos Daniel Cabra y Gerardo Rossini del Instituto de Física de Líquidos y Sistemas Biológicos (IFLySiB, UNLP- CONICET) y colaboradores del Instituto de Física de Rosario (IFIR, CONICET-UNR), desarrolló un innovador modelo microscópico: el Modelo del pantógrafo, que ofrece una visión teórica sobre cómo funciona la comunicación entre los dos fenómenos, a nivel atómico.
Los materiales multiferroicos tienen propiedades magnéticas y eléctricas que están “cruzadas”, es decir, pueden ser magnetizados por un campo magnético y polarizados por un campo eléctrico, pero también la magnetización puede ser controlada por un campo eléctrico y pueden ser polarizados por un campo magnético. Esto hace que puedan funcionar al mismo tiempo como imanes y como generadores de electricidad. Buscando entender y predecir estos comportamientos, los investigadores analizaron exhaustivamente la información numérica y teórica disponible sobre mecanismos que describan el acoplamiento magnetoeléctrico en sistemas multiferroicos de baja dimensión, y elaboraron un nuevo modelo teórico a nivel microscópico donde las distorsiones elásticas de la red son las que permiten las interacciones entre campos magnéticos y eléctricos. “Este mecanismo nos da una herramienta para interpretar observaciones experimentales y diseñar materiales con propiedades controlables de forma más precisa”, destacó el físico Daniel C. Cabra, autor principal del estudio.
La clave es la red
La estructura interna de un material puede pensarse como un conjunto de diminutas piezas interconectadas. El Modelo del pantógrafo sugiere que los pequeños movimientos o “distorsiones” en la estructura de la red de un material actúan como mediadores cruciales para las interacciones. Es decir, estas minúsculas reubicaciones de los átomos no solo afectan el modo en que interactúan los pequeños imanes internos del material, sino que también alteran sus propiedades eléctricas.
“El modelo está inspirado en la estructura cristalina de unos minerales particulares, las perovskitas, y el nombre surge por la analogía con el dispositivo llamado pantógrafo, en el que la elongación en una dirección conlleva una contracción en la dirección perpendicular, y viceversa”, relata el Dr. Cabra.
Con este modelo, los investigadores han mostrado que el mecanismo de reubicación a nivel atómico puede llevar a una polarización eléctrica “espontánea” —es decir, el material genera electricidad por sí mismo— y lo que es más importante, permite controlar esta polarización con un campo magnético o, a la inversa, cambiar el magnetismo con un campo eléctrico.
Concretamente, el Modelo del pantógrafo describe cómo las distorsiones de la red cristalina pueden acoplar magnetismo y polarización eléctrica en materiales multiferroicos, y permite reproducir y predecir fenómenos clave como el encendido y apagado de la polarización mediante campos magnéticos, o los cambios abruptos de la magnetización del material que son inducidos por campos eléctricos.
El Modelo del pantógrafo no solo ayuda a comprender mejor los peculiares comportamientos de los materiales multiferroicos, sino que también abre la puerta a desarrollar valiosas aplicaciones. “Estamos hablando de materiales que, en el futuro, podrían permitir computadoras y sensores más rápidos, pequeños y eficientes, con bajo consumo y alto rendimiento”, concluyó Cabra.
El trabajo fue publicado en la revista Journal of Applied Physics en agosto de 2025.
