Grafenoa, hainbat sektoretarako imana

Grafenoa material diamagnetikoa da, hau da, ez zaio magnetismoa gustatzen, eta ez da erraz magnetizatzen. Hala ere, kalkulu teoriko batzuen arabera, material horren egitura triangeluarra magnetikoa izan daiteke. Kontraesana dirudien hori gertatzen da, dirudienez, grafenoaren forma “magiko” batzuetan elektroiek errazago “biratzen” dutelako norabide jakin batean; eta hori da hizkera arruntean esatea elektroiek espin bera dutela, eta, hartara, magnetikoa bihurtzen dute materiala. Triangulenoa grafenozko egitura triangeluarra da, eta iragarpenek adierazten zuten egoera magnetiko purua lor daitekeela. Bestela esanda, dimentsio nanometrikoko iman baten antzekoa da. Grafenoari magnetismoa emateak aukera liluragarriak ematen ditu teknologia kuantikoetan erabiltzeko, adibidez.

Hala ere, orain arte triangulenoaren magnetismoari buruzko iragarpenak sendoak baziren ere, ez zegoen horren froga esperimental argirik. Alde batetik, oso zaila da disoluzioan dauden sintesi organikoko metodoen bidez triangulenoa sortzea, molekula horren izaera bierradikalaren eraginez oso erreaktiboa baita. Gainera, badirudi haren magnetismoa atzemateko oso zaila dela. arrakastaz aztertu diren kasu gutxietan ikusi denez.

Orain, Physical Review Letters [1] aldizkari zientifikoan argitaratutako Euskal Herriko eta Galiziako ikerketa berri honek tunel-efektuko mikroskopio bat (STM, ingelesezko siglengatik) erabiliz ekin dio erronka horri. Urre garbiko gainazal batean nanometro pare bateko tamainako grafeno triangeluarreko pieza bat zehaztasun atomikoz fabrikatu ondoren, tunel-efektuko espektroskopia-neurketek erakutsi zuten konposatu horren egoera magnetiko garbia S=1 espinekoa dela, eta, beraz, molekula hori karbono puruko “paraiman” txiki bat dela. Emaitza horiek espin altuko grafeno-egitura baten lehen adierazpen esperimentala dira.

Beste urrats bat gehiago

Aurkikuntza horiek osatzeko, triangulenoko hondakin-produktuak atomikoki manipulatzeko esperimentu bat egin dute: egitura batzuk behar baino hidrogeno-atomo gehiagorekin eratu zituzten, eta horrek egituren magnetismoa pasibatzen zuen. STMarekin hidrogeno-atomo horiek banan-banan eta kontrol handiz erauziz, ikertzaileek ikusi zuten triangulenoaren magnetismoa urratsez urrats berreskuratzen zela.

Triangulenoaren magnetismoaren froba esperimentala egiteko zailtasun gehigarri bat izan zuten: man makroskopiko batek ez bezala, “paraiman” batek ez du ondo definitutako polorik, txikia baita. Horregatik, haren egoera magnetikoa ezin zen espektroskopiako teknika konbentzionalekin antzeman, non imanaren magnetismoaren orientazioak hura atzematea erraztu baitezake. Lan honetan, bere egoera magnetikoaren froba esperimentala Kondo multikanalaren efektua (1960ko hamarkadan deskribatutako Kondo efektu tradizionalaren bertsio “exotikoa”) detektatuz lortu zen, zeina sistema magnetiko konplexuetan sor baitaiteke. 40 karbono-atomo besterik ez dituen grafenozko egitura triangeluar batean behatzea mugarri bat izan daiteke magnetismo horren jatorria ulertzeko eta egitura magnetiko konplexuagoetan txertatzeko.

Europako SPRING FET Open, Spin Research in Graphene (Espinaren ikerketa grafenoan) proiektuaren esparruan egin da aipatutako lana. Jose Ignacio Pascual nanoGUNEko Ikerbasque ikertzailea da proiektu horren burua. Proiektuaren epe luzerako helburua da grafenoz egindako plataforma bat garatzea, ingurumena errespetatzen duena, eta, plataforma horretan espinak informazioa garraiatu, gorde eta prozesatzeko erabili ahal izatea.

Ikerketa-proiektuak lau urteko iraupena izango du, eta kide hauez osatuta dago: IBM Research, Donostia International Physics Center, Santiago de Compostelako Unibertsitatea, Delfteko Unibertsitate Teknikoa eta Oxfordeko Unibertsitatea. Bileran, proiektuaren abiapuntua ezarri da. Europan aitzindari diren sei ikerketa-erakunde hauen partzuergoak 3,5 milioi euroko funtsa jaso du Europar Batzordetik. Horizon 2020 FET-Open deialdi oso lehiakorrean izan da hautatua; hain zuzen ere, arrisku handiko eta eragin handiko abangoardiako diziplinarteko zenbait ikerketa-proiektu finantzatzen dituzte, etorkizuneko teknologia erabat berrietarako oinarriak ezarri behar dituztenak.

Neurrira egindako grafenozko nanoegitura magnetikoak fabrikatzeko eta horien ahalmena gailu kuantiko espintronikoen oinarrizko elementu gisa probatzeko partzuergoko kideek egin dituzten azken aurrerapen zientifikoak konbinatzen dira SPRING proiektuan. Epe luzeko helburu gisa ezarri dute grafeno hutseko plataforma bat garatzea, ingurumena errespetatzen duena, eta zeinetan spinak erabili ahal izango diren informazioa garraiatzeko, metatzeko eta prozesatzeko.

Spin-a elektroien propietate intrintsekoa da, iman ñimiñoak bailiran jokatzera eramaten dituena. Esaterako, material ororen elektroi guztiek daukate karga bat eta spin bat, azken hori erabakigarria da magnetismoan. 

Zientzialarien komunitatea bat dator spina dela materiaren propietate ideala kargan oinarritutako egungo nanoelektronikatik haratago joan eta beste osagai azkarrago eta energetikoki eraginkorrago batzuk lortzeko; horixe da hain zuzen ere espintronika kuantiko esaten zaion teknologia berriaren oinarria. Grafenoan spinak sortu eta detektatzeko oinarrizko legeak ikertuko ditu SPRING proiektuak, alegia, nola irakurri eta idatzi spinak, eta nola erabili informazioa transmititzeko.

Jose Ignacio Pascual Ikerbasque Ikerlaria da CIC nanoGUNEn, eta proiektuaren koordinatzaile zientifikoa ere bada; Pascualek azaldu duenez, “grafenoa egokia da etorkizuneko informazioaren teknologietarako, forma zehatza duten pusketak zehaztasun atomikoarekin ekoitz ditzakegulako. Proiektu honetan bere propietate magnetikoak aztertuko ditugu eta gailu kuantikoetan txertatzeko aukerak ikusiko ditugu”.