Un equipo de científicos liderado por David Serrate, investigador del CSIC en el Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón (INMA), ha logrado un avance significativo en el campo de la nanociencia al medir por primera vez el comportamiento magnético de una nanoestructura de grafeno. Este innovador trabajo ha sido publicado en la revista Nature Communications y no solo desvela el estado magnético de cintas estrechas de grafeno, de aproximadamente 2 nanómetros, sino que también presenta un nuevo método para caracterizar magnéticamente cualquier estructura plana de nanografeno.
La investigación contó con la colaboración de varios centros españoles de prestigio, entre ellos el Donostia International Physics Center (DIPC), el Centro de Nanomaterials & Nanotechnology Research (CINN) de la Universidad de Oviedo, el Centro de Física de Materiales (CFM) de la Universidad del País Vasco y el Centro Singular de Investigación en Química Biológica y Materiales Moleculares (CIQUS) de la Universidad de Santiago de Compostela. El desarrollo experimental tuvo lugar en el Laboratorio de Microscopías Avanzadas (LMA) de la Universidad de Zaragoza.
El estudio comenzó con un precursor orgánico específicamente diseñado, sintetizando las cintas de grafeno directamente sobre una superficie magnética. Estas cintas presentan bordes atómicamente precisos, con una secuencia alterna de segmentos en zig-zag que permiten confinar fuertemente la nube electrónica del grafeno en torno a su borde. Este confinamiento provoca una inestabilidad responsable del magnetismo intrínseco de la nanoestructura de grafeno, a pesar de estar formada únicamente por átomos no magnéticos de carbono e hidrógeno.
Para detectar este magnetismo, los investigadores emplearon la técnica STM (scanning tunneling microscopy) polarizada en espín, un tipo de microscopía que captura imágenes de la corriente de electrones entre la muestra y una aguja atómicamente afilada. Esta técnica permite contar cuántos electrones viajan con una u otra magnetización, ofreciendo una caracterización detallada de las propiedades magnéticas de las nanoestructuras de grafeno.
Las estructuras de grafeno resultan de gran interés para la ingeniería de estados electrónicos debido a sus propiedades magnéticas y cuánticas específicas. Las técnicas de síntesis bottom-up han demostrado ser extremadamente efectivas para producir estructuras atómicamente perfectas con tamaño, forma y topología de bordes controlados. Gracias a su versatilidad, bajo coste de producción y dimensiones en la escala cuántica, estas estructuras son vistas como una alternativa prometedora a los dispositivos electrónicos basados en silicio.
La investigación en este campo se centra ahora en preservar y mejorar las propiedades cuánticas y la coherencia de estas cintas de grafeno. David Serrate expresó su entusiasmo por los futuros desarrollos: “Dentro de unos años podremos ofrecer la prueba de concepto de un bit cuántico orgánico y auto-ensamblado… ¡o eso espero!”.
