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Uno de los retos de la física moderna en el campo del electromagnetismo ha sido la búsqueda de monopolos magnéticos, es decir, cargas magnéticas separadas que pueden moverse libremente de forma similar a las cargas eléctricas. En un trabajo publicado en la revista Nature Physics y en el que ha participado la actual investigadora del Departamento de Física Fundamental de la UB, Arantxa Fraile Rodríguez, durante su estancia en el Instituto Paul Scherrer (Suiza), se ha podido captar el movimiento de monopolos a temperatura ambiente en sistemas artificiales de hielos de espín.

Los imanes se basan en dipolos magnéticos, es decir, en componentes elementales que tienen los dos polos, norte y sur. De hecho, al dividir en dos partes un imán, no se obtendrán dos polos individuales, sino dos imanes, cada uno con un polo norte y un polo sur. En 1931, el físico Paul Dirac llegó a la conclusión de que los pares de monopolos se pueden separar siempre y cuando se mantenga una conexión entre ellos que transporte el flujo magnético, la llamada cuerda de Dirac.
«En nuestro trabajo hemos logrado generar monopolos en un conjunto artificial de nanoimanes y observar cómo se mueven a temperatura ambiente. Durante el proceso de inversión de la imanación, se ve que dos monopolos de carga opuesta están conectados siempre por una línea unidimensional de imanes, donde el polo norte de cada imán está al lado del polo sur de su vecino, y así forman la cuerda o cadena de Dirac», explica Fraile.

Hasta ahora no hay evidencia experimental reproducible de la existencia de monopolos en forma elemental. Los trabajos recientes en este campo hacen realidad la posibilidad experimental de generar monopolos magnéticos que emergen como manifestaciones efectivas en sistemas colectivos complejos, lo que se conoce como hielos de espín, por la similitud entre la disposición de las islas ferromagnéticas que lo forman y la estructura del hielo de agua.


Elena Mengotti, Laura J. Heyderman, Arantxa Fraile Rodríguez, Frithjof Nolting, Remo V. Hügli, Hans-Benjamin Braun. «Real-space observation of emergent magnetic monopoles and associated Dirac strings in artificial kagome spin ice». Nature Physics. DOI: 10.1038/NPHYS1794 (2010).