17/12/2014 - Islas de plomo en un mar de grafeno magnetizan el material del futuro

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Tres investigadores del Donostia International Physics Center (DIPC) y Centro de Física de Materiales (CFM) − centro mixto CSIC-UPV/EHU− de Donostia-San Sebastian, en colaboración con otros investigadores del IMDEA Nanociencia y el Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (CSIC) describen esta semana en la revista Nature Physics cómo crear un potente campo magnético con grafeno. El secreto es intercalar átomos o islas de plomo por debajo del mar de hexágonos de carbono que constituye el grafeno. De esta forma se produce una interacción gigantesca entre dos características de los electrones: su espín o giro –un pequeño ‘imán’ asociado 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 intrínseca del grafeno, por lo que obtenemos una propiedad revolucionaria que podría tener aplicaciones importantes, por ejemplo, en el almacenamiento de datos”, destaca Rodolfo Miranda, director de IMDEA Nanociencia y responsable de la investigación.

Para conseguir este efecto, los científicos han depositado una capa de plomo sobre otra de grafeno crecida, a su vez, 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 descomunal campo magnético, de modo que sus estados cuánticos accesibles son discretos (no continuos) y se puede controlar la polarización de espín.

Espintronica

Estos días el Premio Nobel de Física, Albert Fert, visita el DIPC, donde imparte un seminario a la comunidad científica sobre los últimos avances en espintrónica. Laespintrónica es una nueva tecnología que utiliza el espín magnético de los electrones para almacenar bits de información. Surge 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. Se trata de un efecto que provoca grandes cambios en la resistencia eléctrica de finos materiales multicapa y que ha conducido al desarrollo de componentes tan variados como las cabezas lectoras de los discos duros o los sensores de los airbags.

La primera generación de dispositivos espintrónicos o magneto-resistivos se ha basado en el efecto de materiales magnéticos sobre el espín de los electrones, y ya está en marcha una segunda generación, en la que se enmarca el nuevo estudio, donde la propia interacción espín-órbita de los electrones actúa sobre ellos como si hubiera un campo magnético externo real, aunque no lo haya.

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

En el mar de grafeno (sobre un cristal de iridio) la interacción espín-órbita de los electrones es mucho menor que la que se crea al intercalar una isla de plomo. Imagen: IMDEA Nanociencia, ICMM, CFM (CSIC-UPV/EHU) and DIPC.

Referencia publicación:

Spatial variation of a giant spin-orbit effect induces electron confinement in graphene on Pb islands. Fabian Calleja, Héctor Ochoa, Manuela Garnica, Sara Barja, Juan Jesús Navarro, Andrés Black, Mikhail M. Otrokov, Evgueni V. Chulkov, Andrés Arnau, Amadeo L. Vázquez de Parga, Francisco Guinea, Rodolfo Miranda.

Nature Physics (15/12/2014) DOI: 10.1038/nphys3173

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Donostia International Physics Center

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