Un equipo internacional ha descubierto cómo un efecto electrónico sutil en la magnetita, que es el mineral más magnético de todos los existentes en la naturaleza, produce a temperaturas muy bajas un cambio tremendo en cómo conduce la electricidad.
El descubrimiento aporta nuevos y reveladores datos sobre el mineral gracias al cual la humanidad descubrió el magnetismo, y podría abrir nuevas líneas de investigación para aprovechar en diversas aplicaciones prácticas a la magnetita y a materiales similares.
Las propiedades magnéticas de la magnetita se conocen desde hace más de 2.000 años, y dieron lugar al concepto del imán y al del magnetismo. El mineral también fue durante décadas un punto de partida para investigaciones sobre la grabación magnética y sobre materiales destinados al almacenamiento magnético de la información.
La magnetita está compuesta por tres partes de hierro y cuatro partes de oxígeno.
Cuando la magnetita se cristaliza a partir del magma caliente, rico en hierro, que sube desde las profundidades de la Tierra, conserva la dirección del campo magnético terrestre presente. Esta cualidad fue decisiva para que los geofísicos descubriesen que este campo invirtió la ubicación de sus polos magnéticos varias veces en la historia de nuestro planeta. Hay también diminutos cristales de magnetita en los cerebros de algunos animales, y se piensa que desempeñan un papel vital en la habilidad que los individuos de esas especies tienen para viajar a distancias formidables sin perderse ni desviarse de su ruta.
En 1939, se descubrió que la conductividad eléctrica de la magnetita disminuye de forma abrupta a unos 150 grados centígrados bajo cero, hasta el punto de que el mineral metálico se convierte en un aislante. A pesar de los muchos esfuerzos dedicados a averiguar el motivo de tan singular metamorfosis, hasta ahora no se había obtenido una explicación lo bastante satisfactoria.
El nuevo y revelador estudio ha sido llevado a cabo por el equipo de Paul Attfield del Centro para la Ciencia en las Condiciones Extremas, dependiente de la Universidad de Edimburgo, en Escocia, Reino Unido, y Jon Wright del ESRF (European Synchrotron Radiation Facility) en Grenoble, Francia, donde los experimentos se han realizado.
Cuando los autores del estudio dispararon un intenso haz de rayos X a un diminuto cristal de magnetita a temperatura muy baja, lograron determinar la sutil reconfiguración de la estructura química del mineral. Los electrones son atrapados dentro de grupos de tres átomos de hierro, dejando ya de poder transportar una corriente eléctrica.
A bajas temperaturas, un cristal de magnetita muestra un patrón complejo de movimientos de muchos átomos de hierro y de oxígeno. Menos del 1 por ciento de los electrones del material están involucrados en la transición al estado aislante, lo que hace que los cambios sean difíciles de observar. El equipo de Attfield ha tenido que trabajar con ahínco a lo largo de más de una década para finalmente poder constatar que tres átomos de hierro atrapan colectivamente a un electrón entre ellos.
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