Desarrollan técnica para el estudio de magnones

José Ángel Castellanos Reyes, doctor en Ciencias Físicas por la UNAM, participó en el desarrollo de una herramienta que permite estudiar los magnones (que son cuasipartículas con propiedades magnéticas) dentro de los materiales a escala nanométrica, así como en toda su profundidad, no sólo en la superficie.

La investigación correspondiente –publicada en julio pasado en la revista Nature (https://www.nature.com/articles/s41586-025-09318-y)– abre nuevas posibilidades para diseñar tecnologías más compactas, veloces y eficientes, con impacto potencial en dispositivos como computadoras, teléfonos celulares y sensores avanzados.

El estudio, titulado “Espectroscopía de magnones en el microscopio electrónico” (“Magnon spectroscopy in the electron microscope”), fue liderado por Demie Kepaptsoglou (Laboratorio SuperSTEM, Reino Unido) y el mexicano (Universidad de Uppsala, Suecia), con la colaboración de un equipo internacional de 10 especialistas en teoría avanzada y microscopía electrónica de vanguardia.

En los materiales magnéticos –como los imanes de refrigerador– los átomos tienen una propiedad llamada espín que actúa como si cada átomo fuera un miniimán. Cuando esos miniimanes se alinean, el material entero se comporta como un imán, explicó el egresado de la Facultad de Ciencias de la UNAM. “Pero esos espines no están quietos: se mueven un poco por la energía térmica. Este movimiento forma ondas, parecidas a ‘la ola’ que hacen los aficionados en un estadio; a estas ondas se les llama magnones”.

Agregó que el interés por este tema se debe a que en dispositivos, como computadoras y teléfonos inteligentes, hoy en día se usa electricidad (el movimiento de electrones) para procesar y guardar información, lo cual funciona muy bien, pero ya se está llegando a un límite: “Los circuitos electrónicos no pueden hacerse mucho más pequeños sin calentarse demasiado. Además, aparecen efectos cuánticos que complican su funcionamiento”. Y aquí es donde entra la nueva tecnología. Los magnones son una opción prometedora: “permiten transferir información sin desplazar electrones, así que no generan tanto calor y podrían ayudar a crear dispositivos más pequeños, rápidos y eficientes”.

Castellanos Reyes destacó que para lograr estos desarrollos y aprovechar los magnones lo primero es poder “verlos y estudiarlos” a escalas muy pequeñas (nanómetros, que son la millonésima parte de un milímetro).

Antes, precisó, sólo se podían observar en zonas grandes del material o en su superficie, pero no en su interior. “Lo que conseguimos con este trabajo es algo novedoso: usar un microscopio electrónico muy potente (capaz de ver átomos) para observar magnones dentro del material y en la escala nanométrica. Esto abre la puerta para entenderlos mejor y usarlos en la tecnología del futuro”.

Castellanos Reyes recalcó que este proyecto, a corto plazo, ofrece una nueva “lupa” para observar con claridad un fenómeno que antes era difícil de ver: los magnones, lo cual es muy valioso, porque para desarrollar tecnología –como dispositivos de cómputo basados en magnetismo– primero hay que entender cómo se comportan los magnones dentro de los materiales y a escalas muy pequeñas.

“Le estamos dando a las comunidades científica y tecnológica una nueva forma de ver la parte magnética de los dispositivos y así poder diseñar y construir mejor la tecnología magnónica del futuro”, subrayó.

El universitario recordó que cuando llegó a Suecia –hace tres años– para su posdoctorado, se integró al grupo teórico de Jan Rusz, un investigador eslovaco. El objetivo era desarrollar un modelo teórico que explicara cómo se comportan los electrones de un microscopio especial (llamado STEM) cuando interactúan con magnones.

Castellanos Reyes detalló que este microscopio permite hacer “espectroscopía de pérdida de energía de electrones” (EELS, por sus siglas en inglés), que básicamente analiza la energía que pierden los electrones al atravesar un material, para saber qué fenómenos ocurren dentro de él, como la aparición de magnones. La meta era lograr detectar magnones con esta técnica, algo que se creía imposible.

El egresado de la UNAM expuso que su mentor quería adaptar un modelo el cual su grupo ya usaba para estudiar “fonones” (vibraciones de los átomos en cristales) y aplicarlo a magnones. Pero, José Ángel Castellanos decidió desarrollar su propia manera de resolverlo. Así nació la que considera su idea más importante hasta ahora: un nuevo método teórico, que nombraron TACAW (por sus siglas en inglés), que además suena a “taco”, como guiño a su origen mexicano.

“Este método resultó mucho más robusto y preciso que los anteriores. Sirve no sólo para magnones, sino también para fonones y otras partículas en el mismo rango de energías. Con TACAW se pudo predecir exactamente cómo y dónde buscar magnones en el microscopio, dándole a los experimentales un mapa detallado para encontrarlos”.