Si somete a ciertos materiales cristalinos a una deformación mecánica, estos se polarizan generando una diferencia de potencial eléctrica, este fenómeno se conoce como efecto piezoeléctrico directo. Además, simultáneamente pueden deformarse elásticamente si se les somete a una tensión eléctrica (efecto piezoeléctrico inverso o efecto Lippmann), este efecto se desarrolla en una dirección dada y las deformaciones asociadas son del orden de escala de nanómetros (millonésima parte del milímetro).

La piezoelectricidad en el laboratorio Curie

Las propiedades físicas de los cristales interesaron al físico parisino Pierre Curie (1859-1906), hijo y nieto de médicos y hermano menor del también físico Paul-Jacques Curie (1855-1941). En 1878, Pierre obtuvo la licenciatura e inició su actividad científica con un espíritu idealista, y parece, según las descripciones que nos han llegado, tan fascinado por la investigación científica como amigo del conocimiento en sentido amplio. Las crónicas nos avisan de su temperamento soñador, ingenioso y meditativo, y parece claro que se interesó desde su juventud por la física de los cristales, las propiedades que adquieren o se modifican por manipulación física.

Paul Langevin (1872-1946) le describía afirmando que en los comienzos sus estudios resultaron algo irregulares por una combinación de carácter y circunstancias, estas coincidencias le permitieron observar su entorno, y el mundo en general, con el sosiego y la reflexión que la frialdad de los libros no le otorgaban.

En colaboración con su hermano, comenzó el estudio de la piroelectricidad fenómeno consistente en la electrificación de ciertos cristales por calentamiento, proceso analizado por Charles Friedel (1832-1899) experto químico y mineralogista. Los Curie se interesaban por la cristalografía desde una perspectiva física, no solo en su enfoque puramente geológico.

Langevin describía en términos elogiosos tanto la visión como la capacidad geométrica de Pierre que encajaba bien en su espíritu matemático, esta sensibilidad precisa asociada a la pasión por la cristalografía como fuente de conocimiento que se encuentra en muchas mentes brillantes del siglo XIX (incluido Pasteur) fue un tema de reflexión que le anclaba por una parte a la realidad concreta del mundo, el estudio de los ejemplos como casos, y por otra le permitía utilizar su creatividad matemática.

Su talento favoreció que tanto el director como el subdirector del laboratorio de Hautes Études le apoyaran para nombrarle responsable en el laboratorio de formación de los estudiantes, adiestrándolos en las manipulaciones de los cristales con la finalidad de observarlos de la mejor manera posible. En septiembre de 1880, pasó a ser preparador del laboratorio de física en la facultad correspondiente de París.

Hasta aquí un proceso de avance relativamente frecuente y similar al de otros jóvenes con talento científico, ambiente adecuado, y en general buenas condiciones del entorno social general.

Cuarzo piezoeléctrico, nueva etapa: la simetría

En este contexto, las investigaciones de los hermanos Curie les impelieron a preparar un nuevo tipo de electrómetro (dispositivo para medir la cantidad de carga eléctrica de un cuerpo) más eficaz para el tipo de trabajo que desarrollaban en aquel momento. El uso de este instrumento se generalizó posteriormente en Francia con el nombre de electrómetro Curie.

En la escuela municipal de Física y Química industriales de París aparece reseñado: …un invento de Jacques y Pierre Curie «que sirve para medir, en valor absoluto, cantidades débiles de electricidad, así como corrientes de pequeña intensidad [...], que posteriormente proporcionaron importantes servicios en las investigaciones sobre la radiactividad».

La simetría

En octubre de 1882, Pierre empezó a trabajar en la escuela municipal de Física y Química industriales. Y en esta institución desarrolló casi todo su trabajo científico posterior desde preparador científico a profesor.

Una publicación destacada en esta línea de trabajo: Sobre las cuestiones de orden y de repeticiones que son base del estudio de la simetría cristalina que apareció en el Bulletin de la Société minéralogique de France en 1884. Posteriormente repitió sus experimentos para un medio ilimitado y lo describió en un estudio sobre las cuestiones de orden. Las investigaciones tanto teóricas como experimentales de Pierre Curie se centraron en este tiempo en temas de física cristalina de repetición y la simetría asociada a estos procesos.

En 1883, nombraron a Jacques Curie Maître de Conférences de mineralogía en Montpellier, y a partir de ahí sus vidas científicas comenzaron a separarse.

Dos artículos importantes

En 1894, Pierre Curie publicó en el primer fascículo del Boletín de Ciencias de la Sociedad Física, un estudio titulado Sobre la simetría de los fenómenos físicos, simetría entre un campo eléctrico y un campo magnético y otro Sobre la posibilidad de la existencia de la conductibilidad magnética y del magnetismo libre.

Las investigaciones de Pierre Curie sobre el magnetismo le condujeron al descubrimiento de una ley fundamental, que se denominó «ley de Curie». Esta ley enuncia que «el coeficiente de imantación de cuerpos débilmente magnéticos varía en razón inversa de la temperatura absoluta», dicha ley estudia, resume y comprueba la simetría de los fenómenos físicos, por ejemplo, entre un campo eléctrico y un campo magnético. Y también trata sobre la posible existencia de la conductibilidad magnética y del magnetismo libre.

Además son trabajos interesantes también en el sentido personal, que señalan el inicio de una nueva relación personal y científica, resumida en la dedicatoria à Mlle Sklodowska avec le respect et l’amitié de l’auteur P. Curie…

Para saber más:

«La electrizante máquina de medir lo invisible». Íñigo Bretos. Ilustra Paola Vecchi. Principia. 16 de agosto de 2021.

«Ecos de lo insondable. Des-velando los umbrales de la materia». Joaquín Ferreyra. Ilustra Nerea Ortiz. 28 de noviembre de 2022.