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Se abre la puerta a la electrónica de grafeno

Se abre la puerta a la electrónica de grafeno

lunes 29 de julio de 2013, 09:08h

Investigadores del Instituto Madrileño de Estudios Avanzados (IMDEA) Nanociencia y de las Universidades Autónoma (UAM) y Complutense de Madrid (UCM) muestran en Nature Physics cómo dotar al grafeno de funcionalidades magnéticas.

El grafeno es un increíble material bidimensional formado por una red de hexágonos de átomos de carbono con propiedades electrónicas, mecánicas y ópticas extraordinarias, que podría suponer un cambio en la industria tecnológica similar a los que supusieron durante el siglo XX el silicio y los plásticos.

No obstante, aún quedan aspectos del grafeno que es necesario comprender mejor para poder desarrollar todo su potencial de aplicación. A ello dedican su esfuerzo un equipo multidisciplinar de investigadores aglutinados en torno el Instituto Madrileño de Estudios Avanzados (IMDEA) en Nanociencia, en colaboración con las Universidades Autónoma y Complutense de Madrid, que han conseguido publicado sus resultados, este mes de mayo, en la prestigiosa revista Nature Physics.

El artículo recoge los resultados de años de trabajo dedicado a estudiar como el grafeno puede interactuar con ciertos substratos y moléculas, así como a encontrar alguna manera de dotar a este material de las funcionalidades magnéticas que intrínsecamente no posee.

Según declaraciones del profesor Rodolfo Miranda, Director de IMDEA Nanociencia, "A pesar del gran esfuerzo llevado a cabo hasta ahora por científicos de todo el mundo, no se encontraba la forma de añadir las funcionalidades magnéticas necesarias para el desarrollo de una espintrónica basada en grafeno. Los resultados que hacemos públicos en este artículo, abren la puerta a la posibilidad de conseguirlo"

La espintrónica es un nuevo tipo de electrónica que utiliza además de la carga del electrón su espín. El espín se puede imaginar como el sentido en que rota sobre si mismo el electrón. Dado que el espín puede tomar dos valores según el sentido de giro, su uso permite añadir otros dos estados a la electrónica tradicional basada únicamente en la carga del electrón. Esto permite multiplicar tanto la capacidad de procesamiento de la información como la densidad de datos almacenada.

Para fabricar circuitos y dispositivos espintrónicos es necesario desarrollar fuentes que puedan producir corrientes en las que todos los electrones tengan el mismo valor de espín y detectores que sean sensibles a esa polarización.

Por tanto, para poder desarrollar una espintrónica basada en grafeno es necesario poder funcionalizar magnéticamente este nuevo material. Los investigadores, para lograrlo, han evaporado moléculas de Tetraciano-p-quinodimetano (TCNQ) en una cámara de ultra alto vacío equipada con un Microscopio de Efecto Túnel (STM) de baja temperatura diseñada y ensamblada enteramente en Madrid.

Las moléculas de TCNQ son orgánicas y, sin embargo, mezcladas con otro tipo de moléculas presentan propiedades conductoras como las del cobre a temperatura ambiente y a bajas temperaturas exhiben propiedades aun más sorprendentes formando semiconductores.

En la cámara donde se evaporó el TCNQ, había crecido previamente una monocapa perfecta de grafeno sobre un cristal de Rutenio, observándose que las moléculas de TCNQ se organizaban sobre el grafeno formando una estructura periódica que interactuaba electrónicamente con el sustrato de grafeno/rutenio mostrando propiedades inesperadas. Se ha comprobado experimentalmente que la estructura de moléculas de TCNQ que se forma sobre el grafeno adquiere orden magnético de largo alcance con electrones situados en diferentes bandas según su espín.

Estudios de modelización teórica han permitido comprobar que esto es posible gracias a que el grafeno no reacciona con las moléculas de TCNQ depositadas, pero permite una transferencia de carga muy eficiente entre éstas y el sustrato metálico. Por medio de estos experimentos y con el apoyo de la modelización y simulación computacional, los investigadores han conseguido desarrollar una superficie hibrida basada en grafeno que se comporta como un imán, abriendo así el camino a la creación de dispositivos de grafeno que incorporen funcionalidades magnéticas.

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