Un equipo de científicos, encabezado por David Serrate, investigador del CSIC en el Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón (INMA), ha logrado medir por primera vez el comportamiento magnético de una nanoestructura de grafeno. Este significativo avance ha sido publicado en la renombrada revista Nature Communications. En el artículo, no solo se revela el estado magnético de cintas estrechas de grafeno, de apenas unos 2 nanómetros, sino que también se detalla el innovador método desarrollado para caracterizar magnéticamente cualquier tipo de nanografeno planar.
La investigación ha sido un esfuerzo colaborativo que involucró a múltiples centros españoles, incluidos el DIPC (Donostia International Physics Center), el CINN (Nanomaterials & Nanotechnology Research Center, CSIC-Universidad de Oviedo), el CFM (Centro de Física de Materiales, CSIC-Universidad del País Vasco) y el CIQUS (Centro Singular de Investigación en Química Biológica y Materiales Moleculares, en la Universidad de Santiago de Compostela). Gran parte del desarrollo experimental se llevó a cabo en el Laboratorio de Microscopías Avanzadas (LMA) de la Universidad de Zaragoza.
La metodología del estudio comenzó con un precursor orgánico especialmente diseñado, que permitió la síntesis de las cintas de grafeno directamente sobre una superficie magnética. Estas cintas presentaban bordes atómicamente precisos, configurados en una secuencia alterna de segmentos de grafeno en zig-zag. Esta particular geometría facilita el confinamiento de la nube de electrones del grafeno en torno a sus bordes, provocando una inestabilidad que da lugar al magnetismo intrínseco de la nanoestructura. Este hallazgo es especialmente notable, dado que la estructura está compuesta únicamente por átomos no magnéticos de carbono e hidrógeno.
Para detectar este magnetismo, los investigadores utilizaron la técnica STM (scanning tunneling microscopy) polarizado en espín. Este tipo de microscopía captura imágenes de la corriente de electrones que fluye entre la muestra y una aguja atómicamente afilada, permitiendo contar cuántos electrones viajan con una u otra magnetización. Las propiedades magnéticas y cuánticas a medida de las nanoestructuras de grafeno de este y otros tipos despiertan un gran interés en la ingeniería de estados electrónicos.
Las técnicas de síntesis bottom-up empleadas han demostrado su capacidad para producir estructuras atómicamente perfectas con bordes controlados y precisos. Gracias a su versatilidad, bajo coste de producción y dimensiones a escala cuántica, estas estructuras se postulan como una prometedora alternativa a los dispositivos electrónicos basados en silicio. La investigación en este campo se centra ahora en preservar y mejorar las propiedades y la coherencia cuántica de las cintas de grafeno.
«En unos años podríamos estar presentando la prueba de concepto de un bit cuántico orgánico y auto-ensamblado», señala con optimismo David Serrate. Esta visión marca un emocionante futuro para la nanoingeniería y la informática cuántica, impulsados por los avances en la investigación del grafeno.
