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Metales sobre grafeno

No contentos con investigar las propiedades del grafeno en sí mismo, un grupo de científicos financiado con fondos europeos decidió estudiar los mecanismos de unión entre el grafeno y los metales de tierras raras. Estos materiales compuestos de grafeno y metal revisten interés para futuras aplicaciones espintrónicas.
Metales sobre grafeno
El grafeno es un material único por cuanto que tiene una longitud de transporte de espín larga y una movilidad de portadores elevada. En los dispositivos basados en el transporte de la carga eléctrica o el espín, las interficies grafeno-metal se utilizan como contacto para inyecciones de carga o espín. La eficiencia de la inyección viene determinada por las propiedades electrónicas y magnéticas de esas interficies. Esa fue una de las principales motivaciones del proyecto financiado con fondos europeos ELECTROMAGRAPHENE (Probing the influence of the graphene-metal interaction on the electronic and magnetic properties of nearly free standing graphene).

Los integrantes del proyecto estudiaron una serie de interficies grafeno-metal y la intercalación de metales entre el grafeno y distintos sustratos. Se vio que son varios los factores que influencian las propiedades electrónicas y magnéticas de la interficie grafeno-metal.

Utilizando microscopía túnel de barrido, compararon el posicionamiento del oxígeno quimisorbido en iridio con la estructura formada por su intercalación entre grafeno e iridio. Cuando el grafeno formaba la capa superior, se identificó la máxima simetría observada hasta la fecha en una interficie grafeno-oxígeno-iridio.

Por otro lado, el metal de tierra rara europio se intercala a temperaturas elevadas bajo el grafeno sobre iridio. La microscopía electrónica de baja energía y la microscopía electrónica de fotoemisión revelaron que la penetración se producía a través de grietas a escala nanoscópica. El material intercalado formaba complejos patrones de islotes y cintas.

Se investigaron asimismo mediante dicroismo circular magnético de rayos X muestras con europio intercalado en grafeno sobre níquel. La presencia de la capa de grafeno parecía proteger la capa de europio frente a la oxidación, dejando intactas las propiedades magnéticas del sistema metal tierra rara / película fina de níquel / sustrato de iridio.

Los metales intercalados suelen aumentar el acoplamiento magnético entre los sustratos ferromagnéticos y el grafeno, lo que abre las puertas al aprovechamiento del grafeno como filtro de espín. Por otro lado, también se podría utilizar en sistemas espintrónicos la función pasivante y protectora del grafeno.

Con el enfoque ascendente y descendente adoptado, los investigadores fueron capaces de fabricar nanoestructuras de grafeno que son estables a temperaturas tan altas como los 600 grados Kelvin. Su trabajo abre la puerta a manipulaciones de clústeres que se pueden controlar para formar patrones arbitrarios.

Los importantes resultados del análisis microscópico de las propiedades cristalográficas y eléctricas de la interacción grafeno-metal han sido descritos en detalle en cinco artículos publicados o enviados para su publicación en revistas científicas con comité de lectura y alto índice de impacto.

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Palabras clave

Grafeno, metales de tierras raras, espintrónica, interficie grafeno-metal, plantilla
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