Científicos de la Universidad de Estrasburgo, Francia, en estrecha colaboración con compañeros de centros de investigación de San Sebastián, España, y Jülich, Alemania, han logrado un gran avance en la detección de momentos magnéticos de estructuras a nanoescala. Lograron hacer visibles los momentos magnéticos con una resolución hasta el nivel atómico utilizando un microscopio de efecto túnel. un dispositivo que ha sido estándar en la ciencia durante muchos años. Los investigadores lo hicieron sensible a las propiedades magnéticas colocando una pequeña molécula que contiene un átomo de níquel en la punta del microscopio. Los resultados publicados en el número actual de Ciencias abre un camino novedoso para lograr conocimientos fundamentales sobre estructuras a escala atómica y para el diseño de futuros dispositivos a escala atómica, como dispositivos de almacenamiento a nanoescala y simuladores cuánticos.

Para explorar el mundo de átomos y moléculas individuales, los científicos utilizan microscopios que no se basan en un rayo de luz o electrones, sino que pueden verse como la última versión de un tocadiscos análogo. Estos instrumentos, microscopios de sonda de barrido con nombre, use el extremo de una aguja afilada como punta para "leer" los surcos creados por átomos y moléculas en la superficie de apoyo. Para sentir la proximidad entre la punta y la superficie, los científicos usan una pequeña corriente eléctrica que comienza a fluir cuando ambos están separados solo por una fracción de nanómetro, es decir, una millonésima de milímetro. La regulación de la punta para mantener esta distancia permite obtener imágenes topográficas mediante el escaneo de la superficie.

Si bien la idea básica de tales microscopios se ha desarrollado desde la década de 1980, Solo durante la última década los científicos de diferentes laboratorios aprendieron a expandir las capacidades de estos microscopios diseñando inteligentemente el extremo de su punta de sonda. Por ejemplo, uniendo una pequeña molécula, como CO o hidrógeno, Se ha logrado un aumento sin precedentes en la resolución espacial en el que la flexibilidad de la molécula hizo visibles incluso los enlaces químicos.

Similar, los autores de la reciente publicación en Ciencias especialmente diseñaron su instrumentación para brindar una función novedosa a la punta afilada:la hicieron sensible a los momentos magnéticos colocando una molécula que contiene un solo átomo de níquel, un llamado imán molecular cuántico, en el ápice. Esta molécula se puede llevar eléctricamente a diferentes estados magnéticos con facilidad de tal manera que actúa como un pequeño imán. Si bien su estado fundamental no posee efectivamente un momento magnético, sus estados excitados tienen un momento magnético que detecta momentos cercanos con una resolución espacial sin precedentes y una alta sensibilidad.

La importancia de este logro es múltiple. Por primera vez, este método permite obtener imágenes de las estructuras de la superficie en combinación con sus propiedades magnéticas en resolución atómica. El uso de una molécula como sensor activo hace que sea muy reproducible y fácil de implementar en instrumentos utilizados por otros grupos en todo el mundo que trabajan en el campo. Momentos magnéticos "oscuros" de estructuras magnéticas complejas, que suelen ser difíciles de medir, volverse accesible, lo cual es importante para comprender su estructura interna. Y el método ofrece otra ventaja. Debido a que el estado fundamental del sensor molecular no es magnético, la medición induce solo una mínima retroacción en el sistema en estudio, que es importante para estados volátiles a nanoescala.

En resumen, con este trabajo, los científicos han ampliado su caja de herramientas a nanoescala con una nueva herramienta sensible a las propiedades magnéticas que serán importantes para aplicaciones futuras, que van desde dispositivos de memoria a nanoescala hasta materiales o aplicaciones novedosas en el campo de la simulación cuántica y la computación.