Todos estamos familiarizados con la imagen de los electrones girando alrededor del núcleo de un átomo y formando enlaces químicos en moléculas y materiales. Pero lo que se sabe menos es que los electrones tienen una propiedad única adicional:el giro. Es difícil hacer una analogía, pero se podría describir crudamente el espín del electrón como una peonza que gira alrededor de su eje. Pero lo que es aún más interesante es que cuando los espines de los electrones se alinean en un material, esto conduce al conocido fenómeno del magnetismo.

Uno de los campos más avanzados de la tecnología es la espintrónica, un esfuerzo todavía experimental para diseñar y construir dispositivos, como computadoras y memorias, que funcionan con el giro de un electrón en lugar de solo el movimiento de cargas (lo que conocemos como corriente eléctrica). Pero tales aplicaciones exigen nuevos materiales magnéticos con nuevas propiedades. Por ejemplo, Sería una gran ventaja si el magnetismo se produjera en una capa de material extremadamente delgada, los llamados materiales bidimensionales (2-D) que incluyen grafeno, que es básicamente una capa de grafito de un átomo de espesor.

Sin embargo, encontrar materiales magnéticos bidimensionales es un desafío. Yoduro de cromo (CrI ₃ ) reveló recientemente muchas propiedades interesantes, pero se degrada rápidamente en condiciones ambientales y su naturaleza aislante no promete mucho en cuanto a aplicaciones espintrónicas, la mayoría de los cuales requieren materiales magnéticos metálicos y estables al aire.

Ahora, Los grupos de Andras Kis y Oleg Yazyev en EPFL han encontrado un nuevo imán 2-D metálico y estable al aire:diselenuro de platino (PtSe ₂ ). El descubrimiento fue realizado por Ahmet Avsar, un postdoctorado en el laboratorio de Kis, que en realidad estaba investigando algo completamente diferente.

Explicar el descubrimiento del magnetismo en PtSe. ₂ , los investigadores utilizaron por primera vez cálculos basados ​​en la teoría funcional de la densidad, un método que modela y estudia la estructura de sistemas complejos con muchos electrones, como materiales y nanoestructuras. El análisis teórico mostró que el magnetismo de PtSe ₂ es causado por los llamados "defectos" en su superficie, que son irregularidades en la disposición de los átomos. "Hace más de una década, encontramos un escenario algo similar para los defectos en el grafeno, pero PtSe ₂ fue una sorpresa total para nosotros, "dice Oleg Yazyev.

Los investigadores confirmaron la presencia de magnetismo en el material con una poderosa técnica de medición de magnetorresistencia. El magnetismo fue sorprendente, ya que PtSe perfectamente cristalino ₂ se supone que no es magnético. "Esta es la primera vez que se observa el magnetismo inducido por defectos en este tipo de materiales 2-D, ", dice Andras Kis." Amplía la gama de ferromagnetos 2-D en materiales que de otro modo serían pasados ​​por alto por técnicas masivas de minería de bases de datos ".

Eliminar o agregar una capa de PtSe ₂ es suficiente para cambiar la forma en que los giros se comunican entre sí a través de las capas. Y lo que lo hace aún más prometedor es el hecho de que su magnetismo, incluso dentro de la misma capa, se puede manipular aún más colocando defectos estratégicamente en su superficie, un proceso conocido como "ingeniería de defectos" que se puede lograr irradiando la superficie del material con haces de electrones o protones.

"Estos imanes metálicos ultrafinos podrían integrarse en los dispositivos de memoria magnética de acceso aleatorio de par de transferencia de espín (STT MRAM) de próxima generación", dice Ahmet Avsar. "Los imanes 2-D podrían reducir la corriente crítica necesaria para cambiar la polaridad magnética, y ayúdanos con una mayor miniaturización. Estos son los principales desafíos que las empresas esperan resolver ".