Investigadores del Departamento de Física y del Instituto Universitario de Materiales de la Universidad de Alicante (UA) y del Laboratorio de Bajas Temperaturas y Altos Campos Magnéticos de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) han logrado medir por primera vez la conductancia eléctrica de contactos atómicos de oro y plata sometidos a campos magnéticos extremos, de hasta 20 teslas, una intensidad que equivale a 400.000 veces el campo magnético de la Tierra.

El equipo ha observado que, al aplicar estos campos, la conductancia de los contactos de oro disminuye alrededor de un 15 %, un resultado inesperado en metales nobles como el oro (Au) y la plata (Ag). Además, han detectado modificaciones en el propio proceso de formación del contacto atómico, especialmente acusadas en la plata. Estos hallazgos contradicen las predicciones teóricas previas, que anticipaban una dependencia magnética prácticamente inexistente en Au y Ag puros.

El descubrimiento, publicado en Physical Review Research, aporta una nueva pieza al conocimiento de la física del transporte electrónico a escala atómica. Conseguir que un conductor formado por un único canal atómico, como ocurre en estos metales, responda de manera apreciable a un campo magnético es extremadamente difícil. Los resultados sugieren que es posible diseñar materiales funcionales combinando metales nobles con sistemas magnéticamente activos.

Entre las aplicaciones potenciales se encuentran sensores magnéticos ultrasensibles a escala nanométrica y dispositivos de espintrónica más eficientes. “Más allá de ejemplos concretos como son las memorias MRAM, que son rápidas, duraderas y pueden retener datos sin energía, la espintrónica es la electrónica del futuro. Al basarse en el espín de los electrones, una propiedad altamente sensible a los campos magnéticos, esta tecnología permite desarrollar tecnologías mucho más avanzadas y versátiles”, explica el investigador y experto en nanoelectrónica de la UA, Carlos Sabater.

A medio plazo, estos avances podrían tener impacto en tecnologías que van desde la computación cuántica hasta la detección biomédica de campos magnéticos débiles.

Experimentos

Los investigadores, liderados por Carlos Sabater y Andrés Martínez de la UA, y Hermann Suderow, Isabel Guillamón y Juan José Palacios de la UAM, han realizado experimentos con un microscopio de efecto túnel criogénico acoplado a un imán superconductor de 20 teslas. Esta combinación les ha permitido registrar medidas de conductancia en condiciones extremas nunca antes alcanzadas en contactos atómicos.

En concreto, el equipo generó contactos atómicos entre una punta metálica afilada y una muestra de oro o plata mediante indentaciones mecánicas repetidas a 4,2 kelvin (−269 °C). Para cada valor de campo magnético registraron decenas de miles de curvas de conductancia en función de la distancia, lo que permitió construir histogramas estadísticos de alta precisión.

Las medidas experimentales se complementaron con cálculos teóricos avanzados. Así, los modelos revelaron el mecanismo subyacente: pequeñas moléculas residuales de oxígeno adheridas cerca del contacto generan una corriente polarizada en espín cuando se aplica el campo magnético. Esa corriente es responsable de la reducción observada en la conductancia.

Los resultados de este trabajo abren una nueva línea de investigación: la ingeniería de conductores atómicos con propiedades magnéticas ajustables sin recurrir a materiales ferromagnéticos como hierro, cobalto o níquel. Esta estrategia podría ampliar el repertorio de la nanoelectrónica y la espintrónica del futuro.