El hallazgo, publicado en "Physical Review Research", abre la puerta al diseño de conductores nanométricos con propiedades magnéticas ajustables, una estrategia prometedora para futuras aplicaciones en espintrónica y sensores ultrasensibles
Una colaboración entre el Laboratorio de Bajas Temperaturas y Altos Campos Magnéticos de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) y la Universidad de Alicante ha logrado medir por primera vez la conductancia eléctrica de contactos atómicos de oro y plata sometidos a campos magnéticos extremadamente intensos, de hasta 20 teslas.
El equipo —liderado por Hermann Suderow, Isabel Guillamón y Juan José Palacios— 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, detectaron 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 —electrónica basada en el espín del electrón— más eficientes. A medio plazo, estos avances podrían tener impacto en tecnologías que van desde la computación cuántica hasta la detección biomédica de campos magnéticos débiles.
Medidas en condiciones extremas
Los experimentos se realizaron con un microscopio de efecto túnel criogénico acoplado a un imán superconductor de 20 teslas. Esta combinación permitió registrar medidas de conductancia en condiciones extremas nunca antes alcanzadas en contactos atómicos.
El equipo de investigación 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 se 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 basados en teoría del funcional de la densidad (DFT) y funciones de Green fuera del equilibrio (NEGF), incorporando el efecto del campo magnético de forma autoconsistente. 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.
El papel clave del oxígeno
Aunque el oro y la plata carecen de magnetismo intrínseco, el oxígeno diatómico (O₂) es paramagnético y presenta un acoplamiento espín-órbita significativo. Bajo un campo magnético intenso, las moléculas de O₂ tienden a orientarse de modo que alinean su momento magnético con el campo aplicado. Esa orientación favorece configuraciones en las que la molécula queda adherida entre los dos átomos que forman el contacto.
Este proceso, inducido por el campo magnético, explica por qué los contactos que incorporan O₂ aparecen con mayor frecuencia a campos elevados. El campo actúa, en la práctica, como un "interruptor molecular" que estabiliza la geometría donde el acoplamiento espín-órbita es máximo.
En paralelo, el equipo comprobó que el campo magnético modifica de manera diferente la formación del contacto en Au y Ag. En la plata, el efecto es más acusado, lo que los autores atribuyen a su mayor susceptibilidad magnética anisotrópica a escala nanométrica. Las corrientes de superficie generadas en las nanoestructuras piramidales que rodean el contacto podrían inducir torques magnéticos que alteran el equilibrio energético durante la formación del punto de contacto.
Un selector de espín a escala atómica
En términos sencillos, el campo magnético externo actúa como un "selector" que orienta las moléculas de O₂ y crea una barrera preferente para electrones con una determinada orientación de espín.
Puede imaginarse como un grifo por el que circulan dos corrientes electrónicas distintas —electrones con espín "arriba" y "abajo"—. Al aplicar un campo suficientemente intenso, solo una de esas corrientes fluye con mayor facilidad: aquella cuya orientación magnética está alineada con el campo. En metales nobles puros, para observar este efecto directamente serían necesarios campos magnéticos mucho mayores que los disponibles experimentalmente —muy superiores incluso a los 20 teslas utilizados, equivalentes a unas 400 000 veces el campo magnético terrestre—.
La presencia del oxígeno cambia el escenario. La molécula actúa como un pequeño imán que amplifica el efecto mediante el acoplamiento espín-órbita, un fenómeno relativista que vincula el movimiento del electrón con su momento magnético. De este modo, el sistema combinado —metal noble más molécula paramagnética— adquiere una respuesta magnética apreciable.
Los resultados abren una nueva línea de investigación: la ingeniería de conductores atómicos con propiedades magnéticas ajustables sin recurrir a materiales ferromagnéticos. Una estrategia que podría ampliar el repertorio de la nanoelectrónica y la espintrónica del futuro.
Referencia bibliográfica:
Wu, B., Martínez, A., Obladen, P., Fernández-Lomana, M., Herrera, E., Sabater, C., Palacios, J.J., Guillamón, I., & Suderow, H. (2026). Conductance of atomic size contacts of Ag and Au at high magnetic fields. Physical Review Research, 8, 013091. DOI: 10.1103/cmh2-frmf
