Los avances en espintrónica molecular anuncian una nueva era de dispositivos de corriente de espín
El descubrimiento hace casi treinta años de la magnetorresistencia gigante supuso un avance monumental que recibió el Premio Nobel de Física de 2007. Desde entonces, los rapidísimos avances en la capacidad para aprovechar tanto la carga como el espín de los electrones ha dado lugar a una gran cantidad de dispositivos espintrónicos. Más recientemente, el uso de moléculas en lugar de heteroestructuras convencionales completamente inorgánicas abrió la puerta a una serie prácticamente ilimitada de propiedades y funciones singulares. Dada la increíble cantidad de posibilidades de combinaciones de materiales, lograr una mayor comprensión fundamental y las herramientas para el diseño molecular racional son una prioridad. El programa Future and Emerging Technologies de la Unión Europea financió el trabajo del proyecto COSMICS para abordar esta necesidad y fomentar una innovación tecnológica radicalmente nueva.
Complejos de cruce de espín sobre sustratos inorgánicos
Los complejos de cruce de espín (SCO, por sus siglas en inglés) son moléculas que pueden existir tanto en un estado magnético alto como bajo. El coordinador del proyecto, Cyrille Barreteau, de la Comisaría de Energía Atómica y Energía Alternativas de Francia, explica: «Los complejos de cambio de espín pueden conmutarse de espín bajo (o magnetismo bajo) a espín alto mediante la aplicación de un estímulo externo como la luz, la temperatura, la tensión o la presión. La transición magnética viene acompañada de un cambio en otras propiedades como el volumen, las características ópticas y la conductividad. Esta conmutación también les da a los científicos un “mando” para afinar otras propiedades cuando el SCO está en contacto con el sustrato». Si bien las estructuras cristalinas de los complejos SCO se conocen desde hace mucho tiempo, depositar estas moléculas en los sustratos ha representado un reto, por no hablar de mantener su «conmutabilidad» intrínseca. Esto significa que las propiedades de los complejos SCO en los sustratos siguen siendo, en gran medida, un misterio.
Información pionera sobre las propiedades de los complejos SCO
COSMICS reunió a un consorcio multidisciplinario excepcional que desarrolló técnicas de modelización avanzadas respaldadas por la experimentación revolucionaria en el incipiente campo de la espintrónica molecular. Barreteau indica: «El potentísimo creador molecular desarrollado durante COSMICS es una herramienta inestimable para los investigadores. Las herramientas de análisis fáciles de usar facilitan muchísimo los cálculos difíciles. Finalmente, la aplicación de alta eficiencia permite la simulación de sistemas a gran escala con un coste computacional moderado». COSMICS empleó sus herramientas de modelización para simular complejos SCO robustos y proponer nuevos sistemas que puedan abrir vías atractivas para el diseño de dispositivos de espintrónica molecular. El equipo realizó con éxito la deposición de los complejos SCO robustos, con lo que abrió una ventana única a los comportamientos de estas prometedoras y enigmáticas moléculas. Los experimentos aportaron información para los modelos, y viceversa: una combinación ganadora que dio lugar a una comprensión detallada del papel de la interacción intermolecular y molécula-sustrato en el mecanismo de conmutación de los complejos SCO.
Ha nacido una estrella... y un legado permanece
Barreteau apunta: «De forma inesperada, descubrimos que, en uno de nuestros complejos SCO, la variación de volumen de las capas moleculares que se produce con la conmutación provoca cambios significativos en las propiedades electrónicas del sustrato. Integramos el complejo SCO en un concepto de dispositivo horizontal SCO-grafeno, lo cual llevó a la demostración de un transporte electrónico sin precedentes en una lámina de grafeno». El transporte puede afinarse por medio de la luz o la temperatura usando la transición de espín de la capa superior del complejo SCO. Estos resultados se utilizarán para preparar los primeros dispositivos de corriente de espín dirigibles por luz basados en los complejos SCO. Barreteau concluye: «Las herramientas de modelización desarrolladas durante COSMICS impulsaron el desarrollo de nuevas formas satisfactorias para incorporar moléculas magnéticas en dispositivos electrónicos basados en la manipulación del espín a escala de moléculas individuales. Estas serán fundamentales para el diseño de nuevos dispositivos». Gracias a los resultados de este proyecto se espera una rápida aceleración de la innovación en el emergente campo de la espintrónica molecular.
Palabras clave
COSMICS, SCO, complejo SCO, modelización, grafeno, magnetismo, moléculas magnéticas, espintrónica molecular, magnetorresistencia, magnetorresistencia gigante, cruce de espín, transición de espín, corriente de espín, conmutación
