Un equipo de científicos do CiQUS de Santiago de Compostela, coordinados por Diego Peña, asina xunto a investigadores vascos un artigo no que se descifra o magnetismo dunha pequena peza triangular de grafeno, ampliando así o coñecemento deste versátil material e as súas potenciais aplicacións a distintos campos da vida cotiá. Trátase da primeira evidencia experimental realizada cun microscopio de efecto túnel (que permite captar imaxes de superficies a nivel atómico) do magnetismo innato nunha pequena estrutura triangular de grafeno. O traballo publícase na revista Physical Review Letters, e nel tamén participan investigadores do Donostia International Physics Center (DIPC) e do CIC nanoGUNE.
O “trianguleno”, clave no magnetismo
O grafeno é un material diamagnético (remiso a magnetizarse). Porén, algúns cálculos teóricos predín que unha estrutura triangular deste material podería chegar a ser magnética. Esta aparente contradición é consecuencia de que para certas formas “máxicas” do grafeno os electróns parecen “virar” máis facilmente nunha dirección determinada, forma coloquial para dicir que teñen un mesmo espín, e con iso vólveno magnético. Un trianguleno é unha estrutura triangular de grafeno onde as predicións afirmaban que se pode conseguir un estado magnético puro. Noutras palabras, é como un imán de dimensións nanométricas. Dotar ao grafeno de magnetismo abre perspectivas fascinantes na súa aplicación en tecnoloxías cuánticas, por exemplo.
Con todo, a pesar da rotundidade das predicións sobre o magnetismo do trianguleno ata a data non había probas experimentais claras do mesmo. Por unha banda, a produción de trianguleno por métodos de síntese orgánica en solución é moi difícil, porque o carácter bi-radical desta molécula fai que sexa moi reactiva. Ademais, parece que o seu magnetismo é extremadamente esquivo nos poucos casos nos que se estudaron con éxito.
Os resultados constitúen a primeira manifestación experimental dunha estrutura de grafeno de espín alto
O estudo dos científicos vascos e galegos volveu sobre este reto utilizando un microscopio de efecto túnel (STM, polas súas siglas en inglés). Despois de fabricar con precisión atómica unha peza de grafeno triangular dun par de nanómetros de tamaño sobre unha superficie de ouro limpa, medidas de espectroscopía de efecto túnel revelaron que este composto posúe un estado magnético neto caracterizado por un espín S=1 e que, por tanto, esta molécula é un pequeno “ paraimán” de carbono puro. Estes resultados constitúen a primeira manifestación experimental dunha estrutura de grafeno de espín alto.
Estes descubrimentos foron complementados cun experimento de manipulación atómica de produtos residuais de trianguleno: algunhas estruturas formábanse con máis átomos de hidróxeno dos debidos, os cales pasivaban o seu magnetismo. Mediante a extracción controlada destes átomos de hidróxeno, un a un, co STM, os investigadores observaron como o magnetismo de trianguleno se ía recuperando paso a paso.
A proba experimental do magnetismo do trianguleno pasaba por unha dificultade adicional. Ao contrario que un imán macroscópico, un “paraimán” non ten polos ben definidos debido ao seu pequeno tamaño. Por iso, a detección do seu estado magnético non podía realizarse con técnicas máis convencionais de espectroscopía, onde a orientación do magnetismo do imán puidese facilitar a súa detección. Neste traballo, a proba experimental do seu estado magnético foi obtida mediante a detección do efecto Kondo multicanle – unha versión “exótica” do efecto Kondo tradicional descrito nos anos 60 – e que pode xurdir en sistemas magnéticos complexos. A súa observación nunha estrutura triangular de grafeno, de apenas 40 átomos de carbono, é un fito que pode abrir todo un horizonte na comprensión da orixe deste magnetismo, e da súa posible integración en estruturas magnéticas máis complexas.
Este traballo desenvolveuse no marco do proxecto europeo SPRING FET Open, Spin Research in Graphene (Investigación do espín en grafeno), liderado polo investigador Ikerbasque en nanoGUNE, Jose Ignacio Pascual. O obxectivo do proxecto a longo prazo é o desenvolvemento dunha plataforma feita totalmente de grafeno, respectuosa co medio ambiente, na cal os espíns se poidan usar para transportar, almacenar e procesar a información.
Referencia: Uncovering the Triplet Ground State of Triangular Graphene Nanoflakes Engineered with Atomic Precision on a Metal Surface (Publicado en Physical Review Letters).
