Un grupo liderado por investigadores del INMA crea el imán duro más fino posible del mundo
Un trabajo liderado por investigadores del Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón (INMA), instituto mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universidad de Zaragoza (Unizar), ha conseguido crear, por primera vez a nivel mundial, un imán duro de espesor atómico, es decir, el más fino que existe y que podrá existir nunca, con una dirección magnética definida, de temperatura relativamente alta y muy difícil de desmagnetizar. Tras siete años de estudio, este hallazgo representa un claro avance en los campos de investigación transversales del magnetismo y la ciencia de superficies, dado que se trata de un objetivo con más de dos décadas de búsqueda por parte de distintos equipos de científicos de todo el mundo.
Fernando Bartolomé, actualmente consejero de Educación en Reino Unido e Irlanda, y Jorge Lobo Checa, también investigador de referencia del Laboratorio de Microscopías Avanzadas (LMA), son los artífices de haber logrado reducir un imán duro a la mínima expresión, dentro de la actual tendencia general a la miniaturización, que consiste en intentar obtener elementos cada vez más pequeños que ocupen el menor espacio posible, pero sin perder sus propiedades. “Hemos conseguido, a través de una combinación de moléculas y átomos de hierro, generar una red donde los átomos están separados entre sí a una distancia fija y que presentan una dirección de magnetización perpendicular a esta red”, explica Lobo. La combinación de materiales a la que se refiere es una molécula derivada de un antraceno (tres anillos de carbono) y átomos de hierro. Así, se obtiene una red (como la estructura de un panal de miel) donde los átomos de hierro están posicionados en los vértices de los hexágonos.
En cuanto a la dureza de este imán hiperfino, viene definida por la dificultad para revertir la dirección de la imanación. “El campo que fija la dureza de un material ferromagnético es la intensidad del campo magnético que se debe aplicar a ese material para invertir su imanación. Esto indica lo duro o lo blando que es. Y cuanto más cuesta cambiar la dirección de la imanación, más duro es”, destaca Lobo. En palabras de Bartolomé: “La dureza de este imán de espesor atómico es similar a la de los imanes de neodimio”.
Este avance de la ciencia básica tiene potenciales aplicaciones prácticas en cualquier dispositivo tecnológico donde sea necesario incorporar un campo magnético, por ejemplo, una memoria RAM de un ordenador o un transistor. “Será muy útil para miniaturizar todavía más las cosas gracias a su pequeño tamaño. Hay que tener en cuenta que en este imán los átomos de hierro están separados por distancias de un nanómetro, esto es, la millonésima parte de un milímetro”, ilustra Lobo.
El trabajo ha sido desarrollado por un equipo internacional liderado por el INMA, con la colaboración del Laboratorio de Microscopías Avanzadas (LMA) de la Unizar -vinculado administrativamente al INMA-, del Sincrotrón ALBA y de los SAI de la Unizar. Por parte del INMA, también han contribuido a la investigación Leyre Hernández López, David Serrate (también director del área SPM del LMA) y el recién incorporado investigador Mikhail M. Otrokov. Asimismo, han trabajado en el proyecto Ignacio Piquero Zulaica (Universidad Técnica de Munich); Adriana Candia (Instituto de Física del Litoral, Argentina); Pierluigi Gargiani y Manuel Valvidares, científicos del sincrotrón ALBA; Fernando Delgado (Universidad de la Laguna); Jorge Cerdá (ICMM de Madrid); y Andrés Arnau (Universidad del País Vasco).
Enlace a la Publicación:
Nature Communications 15, 1858 (2024). DOI: https://www.nature.com/articles/s41467-024-46115-z
Imágenes
Figura 1: Izquierda: ciclo de histéresis de átomos de hierro coordinados medidos en el plano (rojo) y fuera del plano (azul). Centro: Dependencia de la temperatura de la señal magnética que muestra una temperatura Curie de 35 K. Derecha: Representación de la orientación de los espines en remanencia de la red organometálica bidimensional.
Figura 2: Imágenes de la red organometálica bidimensional organometálica crecida en oro. En (b) se superpone un modelo de la estructura de la red. Vistas superior y lateral de la estructura calculada de la red molecular (c) y los isocontornos de densidad de espín correspondientes [el rojo (azul) denota el componente de espín mayoritario (minoritario)] (d).
Figura 3: Jorge Lobo Checa (izquierda) y Fernando Bartolomé (derecha) investigadores del CSIC en el Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón (INMA, CSIC-Unizar), junto con su entonces doctoranda, la Dra. Leyre Hernández López (centro).
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Fuente: iUNIZAR