Nanomagnetism

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Nanomagnetismo
En este trabajo se revisan las propiedades magnéticas de los materiales nanoestructurados y más en concreto de las nanopartículas. Se describe como los materiales magnéticos cambian notablemente sus propiedades cuando su tamaño se reduce a unos pocos nanómetros. Además, debido a estos efectos de tamaño, algunos materiales que no son ferromagnéticos en estado masivo pasan atener un comportamiento típico de materiales ferromagnéticos cuando se encuentran en forma de nanopartículas. Finalmente, se muestran algunas de las aplicaciones de las nanopartículas magnéticas en el campo de la biomedicina.  
En 1959, Richard Feynman pronunciaba una conferencia en la reunión anual de la Sociedad Americana de Física titulada "There's plenty of room at the bottom" (Hay mucho sitioahí abajo) [1] en la cual llamaba a los físicos de todas las especialidades a entrar en un nuevo campo de la física: el estudio de las propiedades de los materiales de unos pocos nanómetros de tamaño (un nanómetro es la millonésima parte del milímetro). Decía Feynman en su conferencia que a esta escala descubriríamos cosas sorprendentes; los sistemas de este tamaño no tendrían las mismaspropiedades que los materiales con la misma composición mucho mas grandes, sino que éstas se verían alteradas por los fenómenos de escala. Esta conferencia se considera el nacimiento de la nanociencia y nanotecnología. En aquella época no existían las herramientas necesarias para fabricar, manipular y estudiar estos sistemas nanométricos, pero hoy en día sí es posible hacerlo, y en los últimos años estamosasistiendo a la confirmación de todo aquello que Feynman predijo hace ya casi 50 años.

Efectivamente, si tomamos un elemento de material masivo (de unos milímetros, observable a simple vista) y reducimos su tamaño progresivamente, llega un momento en que sus propiedades físicas (eléctricas, ópticas, magnéticas, mecánicas, etc) empiezan a cambiar drásticamente. Curiosamente, estos fenómenosocurren cuando reducimos el tamaño del sistema al orden de unos nanómetros con independencia de su composición. Así, si miramos un cubo de oro de 1 cm de lado lo vemos de color amarillo. Si lo cortamos ahora hasta obtener uno de la mitad de tamaño, sigue siendo amarillo. Podríamos repetir la operación muchas veces y el oro seguiría siendo amarillo, pero cuando hiciéramos el cubo tan pequeño quemidiera tan solo unos pocos nanómetros pasaríamos a verlo de color rojo. Algo similar ocurre con las propiedades eléctricas. Si tomamos un cubo de cobre, que es un material conductor de la electricidad, y lo vamos cortando en trozos más pequeños, sigue siendo conductor hasta que llegamos a un cubo de unos pocos nanómetros, que pasa a ser aislante. Análogamente, los materiales magnéticos también cambiansus propiedades cuando se hacen pequeños y llegan a la escala del nanómetro.
¿Porque son distintas las cosas a escala nanométrica? Podemos indicar dos razones fundamentales: El hecho de que las longitudes características de muchos fenómenos físicos son precisamente de unos pocos nanómetros y la importancia que adquiere la superficie a esta escala. Vemos algunos ejemplos de cómo estos efectosalteran las propiedades magnéticas de los materiales en la nanoescala.
Los materiales ferromagnéticos están formados por "dominios" zonas donde la imanación es uniforme como muestra la figura 1a. Resulta muy difícil (esto es, requiere mucha energía) mantener dos átomos juntos de un material ferromagnético con el momento magnético antiparalelo. Por ello, la separación entre dominios no es abrupta,sino que está formada por las llamadas paredes de dominio, que son zonas en las que la imanación va girando progresivamente (figura 1b). El espesor de estas paredes de dominio es típicamente de unos pocos nanómetros. Cuando aplicamos un campo magnético lo suficientemente intenso en una dirección, la imanación se orienta paralela al campo magnético en todas las zonas del material. Uno de los...
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