Controlar las interacciones en la interfaz de una heteroestructura de aislante magnético / topológico es un desafío excepcional con implicaciones en la ciencia y la tecnología fundamentales. Una investigación dirigida por el Grupo de Espectroscopia y Manipulación Atómica ICN2 y el Grupo de Física e Ingeniería de Nanodispositivos, en colaboración con Supramolecular Nanochemistry and Materials Group, el CFM-San Sebastián, ETH Zúrich, Sincrotrón ISM-Trieste y ALBA, ha demostrado que se pueden utilizar ligandos de moléculas organometálicas para adaptar las propiedades de estas interfaces. Los resultados se presentan en ACS Nano .

Un aislante topológico (TI) es un material que se comporta como aislante en su interior pero cuya superficie contiene estados conductores exóticos, por lo tanto, permite que los electrones se muevan solo en la superficie del material. La propiedad más peculiar de estos electrones de superficie es que su espín está bloqueado en la dirección del movimiento, para que pueda ser manipulado por corrientes eléctricas.

La interconexión de los TI con un material magnético puede dar lugar a fenómenos como la interconversión de espín a carga inducida por corriente y la aparición de corrientes de espín sin disipación. que se puede explotar en nuevos dispositivos espintrónicos, metrología o en aplicaciones de información cuántica basadas en espín de electrones. Sin embargo, esta unión de TI y material magnético en una denominada heteroestructura es un proceso complejo que a menudo impide el control de los fenómenos especiales descritos anteriormente. En particular, cuando el TI se interconecta directamente con ferroimanes metálicos, la fuerte interacción entre los dos materiales conduce a efectos no deseados como la pérdida de propiedades magnéticas o la supresión de los estados topológicos de la superficie.

Por el contrario, moléculas organometálicas, moléculas orgánicas que albergan un ion metálico (magnético), han sido concebidos como candidatos para desarrollar heteroestructuras magnéticas / TI en las que el ligando orgánico adapta las interacciones interfaciales. Esto es precisamente lo que los investigadores del ICN2, en colaboración con CFM-San Sebastián, ETH Zúrich, Sincrotrón ISM-Trieste y ALBA, han demostrado. Publicado en ACS Nano , esta investigación ha sido liderada por el profesor ICREA Aitor Mugarza, Líder del Grupo de Manipulación Atómica y Espectrocopia e ICREA Prof.Sergio O. Valenzuela, Líder del Grupo de Física e Ingeniería de Nanodispositivos. Han contado con la colaboración del Prof. ICREA Daniel Maspoch, Líder del Grupo de Materiales y Nanoquímica Supramolecular, que ha sintetizado la molécula organometálica. El primer autor del trabajo es el ex Ph.D. de ICN2. estudiante Marc G. Cuxart.

En este trabajo, los investigadores han demostrado por primera vez que es posible ajustar la interacción interfacial sin apagar el espín molecular y el estado de la superficie topológica del TI eligiendo ligandos orgánicos adecuados. En particular, encontraron que las monocapas de CoTBrPP y CoPc (moléculas de metal-orgánico) adsorbidas en Bi2Te3 (aislante topológico) forman interfaces robustas donde las interacciones electrónicas se pueden sintonizar sin perturbar fuertemente las propiedades intrínsecas de cada constituyente. Sus conclusiones están respaldadas por estructuras, información electrónica y magnética derivada de una combinación de técnicas especializadas (STM, ARPES, XMCD y DFT).