Investigadores en España han descubierto que si los átomos de plomo se intercalan en una hoja de grafeno, un poderoso campo magnético se genera por la interacción del giro de los electrones con su movimiento orbital. Esta propiedad podría tener implicaciones en la espintrónica, una tecnología emergente impulsada por la Unión Europea para crear sistemas computacionales avanzados.

El grafeno se considera el material del futuro debido a sus extraordinarias propiedades mecánicas ópticas y electrónicas, especialmente porque conduce electrones muy rápidamente. Sin embargo, no tiene propiedades magnéticas, y por lo tanto no se ha encontrado ningún método para manipular estos electrones o cualquiera de sus propiedades para usarlo en nuevos dispositivos magnetoelectrónicos, aunque los científicos españoles han dado con una clave.

Investigadores de IMDEA Nanocience, la Universidad Autónoma de Madrid, el Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (CSIC) y la Universidad del País Vasco describen en la revista Física de la naturaleza esta semana cómo crear un poderoso campo magnético utilizando este nuevo material.

El secreto es intercalar átomos o islas de Pb debajo del mar de hexágonos de carbono que componen el grafeno. Esto produce una enorme interacción entre las características de dos electrones:su espín, un pequeño 'imán' vinculado a su rotación, y su órbita, el movimiento que siguen alrededor del núcleo.

"Esta interacción espín-órbita es un millón de veces más intensa que la inherente al grafeno, por eso obtenemos revoluciones que podrían tener usos importantes, por ejemplo en el almacenamiento de datos, "explica Rodolfo Miranda, Director de IMDEA Nanocience y responsable del estudio.

Para obtener este efecto, los científicos colocaron una capa de plomo sobre otra de grafeno, a su vez crecido sobre un cristal de iridio. En esta configuración, el plomo forma 'islas' debajo del grafeno y los electrones de este material bidimensional se comportan como si estuvieran en presencia de un colosal campo magnético de 80 teslas. lo que facilita el control selectivo del flujo de giros.

Control de tráfico con dos carriles

"Y, lo que es más importante, en estas condiciones, ciertos estados electrónicos están topológicamente protegidos; en otras palabras, son inmunes a los defectos, impurezas o alteraciones geométricas, "continúa Miranda, que da este ejemplo:"Si lo comparamos con el tráfico, en un material espintrónico tradicional, los automóviles circulan por una carretera de un solo carril, que hacen que las colisiones sean más probables, mientras que con este nuevo material tenemos control de tráfico con dos carriles espacialmente separados, previniendo choques ".

La espintrónica es una nueva tecnología que utiliza el giro magnético de los electrones para almacenar bits de información. Surgió con el descubrimiento de la magnetorresistencia gigante, un hallazgo que le valió a Peter Grümberg y Albert Fert el Premio Nobel de Física en 2007. Es un efecto que provoca grandes cambios en la resistencia eléctrica de materiales finos multicapa y ha llevado al desarrollo de componentes tan variados como el lector se imagina discos duros o los sensores en los airbags.

La primera generación de dispositivos espintrónicos o magnetorresistentes se basó en el efecto que tienen los materiales magnéticos sobre el espín de los electrones. Pero una segunda generación ya está en funcionamiento, y engloba este nuevo estudio, en el que la propia interacción espín-órbita de los electrones actúa sobre ellos como si hubiera un campo magnético externo real, incluso si no lo hay.

El uso del grafeno como componente activo en la espintrónica es uno de los objetivos fundamentales del gran proyecto de la Unión Europea 'Graphene Flagship'. El objetivo final de los científicos es controlar deliberadamente el tipo de espín que tienen los electrones de este nuevo material para aplicarlo a los dispositivos electrónicos del futuro.