Imanes atómicos con hidrógeno y grafeno

El grafeno, una lámina de un átomo de espesor formado por átomos de carbono, posee una inmensa cantidad de cualidades, pero carece de propiedades magnéticas. Sin embargo, el átomo de hidrógeno posee el momento magnético más pequeño. El momento magnético es la magnitud que determina cuánta y en qué dirección ejercerá fuerza un imán. “Dicho de otro modo, todos recordamos haber tenido un imán en nuestras manos y ver cómo este era capaz de atraer o repeler a otro imán a una cierta distancia, que era mayor o menor en función de su potencia. Pues bien, lo que definía realmente este comportamiento era el momento magnético de nuestro par de imanes. La distancia a la cual empezábamos a sentir la aparición de una fuerza venía dada por la extensión espacial de sus momentos magnéticos, y el hecho de que esta fuerza fuese atractiva o repulsiva de la orientación relativa entre los mismos, por eso al girar uno de los imanes pasaban de atraerse a repelerse o viceversa” explica Miguel Moreno Ugeda, Ikerbasque Fellow en nanoGUNE.

“Nuestro trabajo revela cómo cuando un átomo de hidrógeno toca una capa de grafeno le transfiere su momento magnético” señala Moreno. “En contraposición a los materiales magnéticos más comunes como el hierro, el níquel o el cobalto, donde el momento magnético que genera cada átomo está localizado en unas pocas décimas de nanómetro, el momento magnético inducido en el grafeno por cada átomo de hidrógeno se extiende varios nanómetros presentado a su vez una modulación a la escala atómica”, añade. Los experimentos han sido realizados con la ayuda del microscopio de efecto túnel. Este microscopio permite visualizar y manipular la materia a la escala atómica. Asimismo, los resultados muestran que dichos momentos magnéticos inducidos interaccionan fuertemente entre ellos a grandes distancias (en comparación con la escala atómica) siguiendo además una regla particular: los momentos magnéticos se suman o neutralizan dependiendo críticamente de la posición relativa entre los átomos absorbidos de hidrógeno. Además, e igualmente importante, “hemos conseguido manipular de forma controlada los átomos individuales de hidrógeno, lo que nos ha permitido establecer a voluntad las propiedades magnéticas de regiones seleccionadas de grafeno” subraya Moreno.

En busca del magnetismo

Desde que fue posible obtener grafeno por primera vez en el año 2004, laboratorios de todo el mundo han intentado incorporar el magnetismo a la larga lista de propiedades de este material puramente bidimensional. Este interés proviene fundamentalmente del hecho de que el grafeno es, a priori, un material ideal para su uso en la tecnología espintrónica. Esta prometedora tecnología pretende sustituir a la tradicional electrónica transmitiendo al mismo tiempo información magnética y electrónica, lo que podría dar lugar a una nueva generación de computadores más potentes. Por tanto, “los resultados obtenidos en este trabajo, que muestran la posibilidad de generar momentos magnéticos a voluntad en el grafeno y cómo esos se pueden comunicar a grandes distancias, anticipan un brillante futuro para este material en el emergente campo de la espintrónica” concluye Moreno.

Video que ilustra de forma didáctica los resultados de la invetigación: