Por primera vez, la molécula de porfirina magnética crítica para la vida animal y vegetal se ha conectado directamente a un circuito electrónico.

Una colaboración entre institutos de investigación españoles -liderada por el Centro de Investigación Cooperativa nanoGUNE (CIC)- ha supuesto un gran avance en la denominada electrónica molecular al idear una forma de conectar las moléculas de porfirina magnética a los nanoribones de grafeno. Estas conexiones pueden ser otro ejemplo de cómo el grafeno podría permitir el potencial de la electrónica molecular.

La porfirina es una molécula similar a la hemoglobina que es responsable de hacer posible la fotosíntesis en las plantas y transportar el oxígeno en nuestra sangre. Pero recientemente, los investigadores han estado experimentando con las llamadas porfirinas magnéticas y han descubierto que pueden formar la base de los dispositivos espintrónicos.

La espintrónica consiste en manipular el espín de los electrones y de esta manera se diferencia de la electrónica convencional que manipula su movimiento. Es este espín el responsable del magnetismo: Cuando la mayoría de los electrones de un material tienen sus espines apuntando en la misma dirección, el material se magnetiza. Si puedes mover todos los giros hacia arriba o hacia abajo y puedes leer esa dirección, puedes crear la base del «0» y del «1» de la lógica digital.

Los dispositivos espintrónicos basados en la molécula de porfirina explotan el átomo magnético -típicamente hierro, que tiene estados de polarización de espín- que se encuentra en el centro de cada molécula. Hay varias maneras de explotar el giro de estos átomos magnéticos para polarizar la corriente transportada. Si se utilizan moléculas magnéticas con un espín más grande -el llamado imán de una sola molécula-, un estado «1» o «0» podría ser estabilizado por un campo magnético y leído por las corrientes.

Los investigadores españoles han adoptado un enfoque único para su puesta en marcha. Han creado conexiones directas a las moléculas con alambres de grafeno atómicamente precisos, que se unen covalentemente a sitios específicos de las moléculas.

«Esto permite la inyección de corrientes electrónicas en la molécula», dice Nacho Pascual, profesor de Ikerbasque y líder del Grupo de Nanoimagen de nanoGUNE. «Mostramos además que incluso después de la conexión, la molécula mantiene su propiedad magnética.»

 

Pascual añade que los colaboradores españoles han demostrado que pequeñas variaciones en la forma en que las nano cintas de grafeno se unen a una molécula pueden alterar sus propiedades magnéticas. Además, el espín de una molécula puede ser manipulado a través de las corrientes inyectadas.

«Probamos la magnetización realizando espectroscopia de túnel», dice Pascual. «Vimos que el ión hierro mantuvo su rotación y su dirección preferida después de la conexión a las nano cintas de grafeno, pero en unos pocos casos donde la unión era diferente, desapareció por completo. Así que la forma de contactar es crucial».

 

Pascual ve este trabajo como la introducción de la espintrónica en la electrónica molecular, y lo ha apodado extraoficialmente «Molecular Spintronics».

En futuras investigaciones, Pascual y sus colegas pretenden utilizar imanes de una molécula y mejorar la función magnética en experimentos de transporte inyectando corriente a través de las cintas. «Esto estará más cerca del uso real de estos dispositivos», agregó.

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