(PhysOrg.com) - Los físicos han descubierto que, eliminando átomos individuales de una superficie de grafito, pueden crear momentos magnéticos locales en el grafito. El descubrimiento podría conducir a técnicas para crear artificialmente imanes que no sean metálicos y biocompatibles. así como más económicos y ligeros que los imanes actuales.

Los científicos, Miguel Ugeda, Iván Brihuega, y José Gómez-Rodríguez, todos de la Universidad Autónoma de Madrid, junto a Francisco Guinea del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid, han publicado los resultados de su estudio en un número reciente de Cartas de revisión física.

“Es un desafío urgente de la nanotecnología poder integrar el grafeno en dispositivos electrónicos reales, Brihuega dijo PhysOrg.com . "Para tal fin, es obligatorio comprender cómo la presencia de defectos atómicos únicos modifica sus propiedades. En nuestro trabajo, utilizamos un microscopio de túnel de barrido en entornos ultralimpios para abordar una cuestión tan fundamental para un sistema similar al grafeno, una superficie de grafito. Nuestro principal resultado es nuestra capacidad para examinar a escala atómica el impacto intrínseco que cada átomo de carbono extraído de la superficie tiene en las propiedades electrónicas y magnéticas del sistema ”.

Como explican los científicos, La creación de vacantes atómicas en materiales similares al grafeno mediante la eliminación de átomos tiene un fuerte impacto en la mecánica, electrónico, y propiedades magnéticas de los materiales. En estudios anteriores, Los investigadores han investigado los efectos de las vacantes atómicas sobre las propiedades del material en su conjunto. En el estudio actual, los científicos querían investigar más a fondo y ver qué sucede en cada vacante individual.

En sus experimentos, los físicos utilizaron grafito pirolítico muy ordenado, que consta de hojas de grafeno apiladas que siguen la secuencia de apilamiento AB-AB. Esto significa que una hoja de grafeno (B) está ligeramente desplazada con respecto a la capa superior (A) de tal manera que la mitad de los átomos de carbono de la hoja superior A tienen un átomo de carbono ubicado exactamente debajo de ellos, mientras que la otra mitad no.

Primero, los investigadores despegaron algunas láminas de grafeno superiores en entornos ultralimpios para garantizar que la lámina de grafeno superior, es decir, la superficie de grafito, estaba completamente libre de impurezas. Luego crearon vacantes únicas aplicando irradiación de iones de baja energía, utilizando solo la energía suficiente para desplazar los átomos de la superficie y producir defectos en los puntos atómicos.

Usando un microscopio de túnel de barrido de baja temperatura casero, los científicos pudieron identificar la presencia de un pico de resonancia agudo además de las vacantes individuales. La resonancia alcanzó su punto máximo alrededor del nivel de Fermi, lo cual ha sido predicho en muchos estudios teóricos pero nunca antes ha sido observado experimentalmente.

Como explican los científicos, la resonancia en una vacante se puede asociar con un momento magnético. Las vacantes hacen que los espines de electrones cercanos se alineen debido a interacciones repulsivas electrón-electrón, lo que conduce a la formación de los momentos magnéticos. Además, las vacantes en diferentes sitios inducen diferentes tipos de momentos magnéticos, que pueden interactuar entre sí. Esta interacción apunta a la posibilidad de inducir un estado ferromagnético macroscópico en todo el material de grafito simplemente eliminando átomos de carbono individuales al azar.

"En un sistema de carbono prístino, uno nunca esperaría encontrar magnetismo debido a la tendencia de sus electrones a acoplarse en pares formando enlaces covalentes, ”Explicó Brihuega. “La asociación de electrones en pares va en contra de la existencia de un momento magnético neto, ya que el giro total del enlace electrónico será cero. Al eliminar un átomo de carbono de la superficie del grafito, lo que hacemos precisamente es romper estos enlaces covalentes y como resultado creamos un estado localizado con un solo electrón desapareado que generará un momento magnético ”.

En general, Los resultados no solo confirman la precisión de los modelos teóricos, pero también tienen más implicaciones. Por ejemplo, las resonancias observadas pueden mejorar la reactividad química del grafeno. En términos de aplicaciones, los resultados podrían conducir a imanes innovadores.

“Crear un imán a partir de un sistema de carbono puro es una posibilidad tentadora, ya que sería un imán libre de metales y, por lo tanto, óptimo para aplicaciones en biomedicina, ”Dijo Brihuega. "Además, debería ser mucho más barato de producir que los imanes convencionales, ya que, para dar algunos números, una tonelada de carbono cuesta alrededor de mil veces menos que una tonelada de níquel ($ 16 frente a $ 16, 000), un material de uso común en imanes reales. En el caso de los sistemas de grafeno, también se tendría flexibilidad y ligereza como ventajas adicionales; pero hasta la fecha, la magnetización total reportada para estos sistemas es muy baja en comparación con los imanes más fuertes existentes.

"En mi opinión, "Añadió, “El futuro más brillante en términos de aplicaciones se deriva del campo emergente de la espintrónica, es decir, al intentar explotar el 'giro' del electrón desapareado para crear nuevos dispositivos basados ​​en espines ".

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