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NUEVA TÉCNICA
El grafeno está formado por átomos de carbono reacios a magnetizarse, pero mediante una nueva técnica de nanoestructuración inteligente este material se puede magnetizar y medir este comportamiento a escala nanométrica. El avance lo presentan investigadores del Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón, el Donostia International Physics Center y otros centros españoles.
Un equipo de científicos liderado por David Serrate, investigador del CSIC en el Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón (INMA), ha conseguido medir por primera vez el comportamiento magnético de una nanoestructura de grafeno.
El trabajo se publica en la revista Nature Communications, donde los autores no solo desvelan el estado magnético de cintas estrechas de grafeno (de unos 2 nanómetros), sino que también presentan el método que han desarrollado para caracterizar magnéticamente cualquier nanografeno planar.
Además del INMA (un instituto mixto del CSIC y la Universidad de Zaragoza), en esta investigación han participado otros centros españoles: DIPC (Donostia International Physics Center), CINN (Nanomaterials & Nanotechnology Reserach center, CSIC-Universidad de Ovideo), CFM (Centro de Fisica de Materiales, CSIC-Universidad del País Vasco) y CIQUS (Centro Singular de investiguación en Química Biológica y Materiales Moleculares, en la Universidad de Santiago de Compostela). El desarrollo experimental se realizó en el Laboratorio de Microscopias Avanzadas (LMA) de la Universidad de Zaragoza.
Para llevar a cabo el estudio, se partió de un precursor orgánico específicamente diseñado y se sintetizaron las cintas directamente sobre una superficie magnética, obteniendo bordes atómicamente precisos consistentes en una secuencia alterna de segmentos de grafeno en zig-zag.
Esta geometría permite confinar fuertemente la nube de electrones del grafeno en torno a su borde, lo que provoca una inestabilidad que es responsable del magnetismo intrínseco de la nanoestructura de grafeno, un hecho destacable teniendo en cuenta que la cinta está formada únicamente por átomos no magnéticos de carbono e hidrógeno.
El método de detección es la técnica STM (scanning tunneling microscopy) polarizado en espín, una especie de microscopía que toma imágenes de la corriente de electrones que fluye entre la muestra y una aguja atómicamente afilada capaz de contar cuántos electrones viajan con una u otra magnetización.
Las nanoestructuras de grafeno de este y otros tipos resultan de gran interés para la ingeniería de estados electrónicos, ya que disponen de propiedades magnéticas y cuánticas a medida.
Las denominadas técnicas de síntesis bottom-up han logrado producir estructuras atómicamente perfectas con tamaño, forma y topología de bordes controlados. Gracias a su versatilidad, su bajo coste de producción y sus dimensiones dentro de la escala cuántica, se consideran una excelente alternativa a los dispositivos electrónicos basados en silicio.
La investigación en este campo está orientada a preservar las propiedades cuánticas y mejorar la coherencia cuántica de este tipo de cintas. "Dentro de unos años podremos ofrecer la prueba de concepto de un bit cuántico orgánico y auto-ensamblado... ¡o eso espero!", apunta Serrate.
Referencia:
Jens Brede et al. "Detecting the spin-polarization of edge states in graphene nanoribbons. Nature Communications". Nature Communications, 2023.