La estructura 3D de la cota de malla invierte el efecto Hall

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Estructura básica de la cota de malla
Estructura básica de la cota de malla

Inventada por los celtas probablemente en el siglo V antes de la era común, la cota de malla, una armadura metálica formada por anillos de hierro forjado unidos entre sí, fue usada por los romanos, durante toda la Edad Media y hasta entrado el siglo XVI como forma de protección contra los objetos punzantes. El patrón básico que la forma, donde un anillo está unido a cuatro, forma geometrías más complejas que dan lugar hoy a metamateriales con propiedades muy exóticas.

En 1879 Edwin Hall descubrió que en un conductor por el que circula una corriente eléctrica en presencia de un potente campo magnético perpendicular aparece otra corriente eléctrica perpendicular tanto a la corriente original como al campo magnético. La potencia de esta corriente es proporcional tanto a la densidad de la corriente original como a la del campo magnético. La constante de proporcionalidad se llama coeficiente de Hall.

Ahora, un equipo de investigadores del Instituto de Tecnología de Karlsruhe coordinado por Martin Wegener ha desarrollado un nuevo metamaterial con geometría de cota de malla en el que el hecho de adoptar esa geometría cambia el signo del coeficiente de Hall del material con el que está formada.

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El efecto Hall es la base de los sensores magnéticos que emplean, por ejemplo, las brújulas de los teléfonos inteligentes. La mayoría de los sólidos, en los que la corriente la transportan los electrones, tienen un coeficiente de Hall negativo; el coeficiente es positivo solo en el caso de que la corriente fluya en forma de agujeros (lugares en los que no hay un electrón), como ocurre en los semiconductores del tipo p. En 2015 el grupo de Wegener propuso un diseño de metamaterial en el que el coeficiente sería positivo aunque los elementos estructurales tuviesen un coeficiente negativo. Cada punto en la celdilla unidad en la estructura de este material sería un toro (anillo) semiconductor hueco, y la celdilla unidad sería la misma que la de la cota de malla.

Lo que ahora han hecho los investigadores es llevar a cabo su idea fabricando un andamio polimérico en 3D al que han recubierto de óxido de zinc. Una vez construido han medido el coeficiente de Hall para estructuras con varias distancias entre los toros, demostrando que el signo del coeficiente depende de esta distancia.

Este metamaterial podría usarse para construir nuevos sensores magnéticos que contengan elementos con coeficientes de Hall tanto positivos como negativos y que podrían por tanto detectar gradientes o vórtices en un campo magnético.

Referencia:

Christian Kern, Muamer Kadic, and Martin Wegener (2017) Experimental Evidence for Sign Reversal of the Hall Coefficient in Three-Dimensional Metamaterials Phys. Rev. Lett. doi: 10.1103/PhysRevLett.118.016601

Sobre el autor: César Tomé López es divulgador científico y editor de Mapping Ignorance

Este texto es una colaboración del Cuaderno de Cultura Científica con Next

4 comentarios

  • Avatar de Incorrección política

    Con lo de la «Era Común» ya no he podido leer más.. No soy cristiano, pero no sé a quién ofendes ocultando el hecho de que medimos los años a partir del nacimiento del Cristo. Ese fue el evento que marca tu «Era Común»… y el hecho de que haya «bienpensantes» que lo recomienden, no evita el hecho de que el papanatismo imperante se extiende a gente con y sin «estudios».
    A este paso no vamos a poder hablar. Seguro que con tu ciencia estás ofendiendo a algún místico, que con las complejas matemáticas ofendes a alguno «de letras», con la afrimación sobre el uso de herramientas ofendes a algún ludita y que con la referencia a los romanos ofendes al Frente de Liberación de Judea.
    Si vais a cambiar, cambiar el nacimiento de Jesús como fecha de referencia, por el nacimiento de Bryan, pero no os quedéis a medias 😀

      • Avatar de Javier

        Antes de Cristo, es un referente histórico de uso común, análogo en todo al anterior «ab urbe condita». Sabemos que Terencio Varrón fijó la fecha de fundación de Roma en -783. La arqueología nos dice que quizá hubo asentamientos desde -830. Sería un purismo pedante y absurdo que en las citas de historia antigua, se sustituyera AUC, por la presunta inexactitud de las fechas. La denominación está dada por su contexto histórico y por el uso. El contexto histórico innegable es que los países occidentales por siglos fijaron su calendario por el nacimiento -exacto o no- de Cristo, ese es su origen, eso significa. El uso actual nos da (por «googleo») 1’070,000 para «antes de Cristo» y sólo 99,500 para «antes de la era común». Ni el origen ni el uso justifican un cambio. Más aún cuando la nueva nomenclatura no da un método más exacto. Es como si al pie inglés le llamaran metro y pensaran que era un gran avance en la nomenclatura. El cambio de nombre en nada mejora la precisión científica de la referencia, pues se sigue al calendario gregoriano en todo.

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