¿Puede la presencia de un defecto del menor tamaño posible, es decir un defecto atómico, modificar de manera notable las propiedades de un material? Esta cuestión crucial ha sido estudiada por investigadores de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM), en colaboración con el Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM), en sistemas de tipo grafeno, cuya estructura bidimensional otorga a estos defectos atómicos un papel crítico.
Desde su realización experimental en 2004 el grafeno, una capa bidimensional de átomos de carbono con un espesor de sólo un átomo, dejó de ser una entelequia teórica para convertirse en el objeto de deseo de los estudios de un elevadísimo número de investigadores científicos.
Las extraordinarias propiedades electrónicas vaticinadas para este material atrajeron la atención de los grupos de investigación más prestigiosos a nivel mundial, lo cual ha permitido la confirmación experimental de prácticamente todas las propiedades predichas así como el descubrimiento de muchas otras nuevas en un espacio de tiempo asombrosamente corto para el mundo de los descubrimientos científicos.
Como consecuencia, existe en la actualidad un consenso generalizado de que posiblemente el candidato más prometedor para sustituir al silicio en los dispositivos electrónicos del futuro sea el grafeno o algún material derivado del mismo.
Para poder implementar estos sistemas de tipo grafeno en dispositivos electrónicos reales, será imprescindible entender y/o controlar el papel jugado por los defectos existentes de forma natural o introducidos deliberadamente en los mismos. En particular, en los sistemas de tipo grafeno se ha visto que la introducción de vacantes por irradiación de iones resulta un método muy eficiente para variar su comportamiento mecánico, ajustar sus propiedades electrónicas e incluso introducir magnetismo en muestras anteriormente no magnéticas. Cálculos teóricos muy recientes predicen incluso que las vacantes atómicas de carbono, es decir la falta de un átomo de carbono en la red atómica, en los sistemas de tipo grafeno podrían llegar a originar magnetismo a temperatura ambiente.
El trabajo realizado por los investigadores de la UAM Miguel M. Ugeda, Iván Brihuega y José Mª Gómez Rodríguez en colaboración con Francisco Guinea del ICMM y publicado en PHYSICAL REVIEW LETTERS, investiga el impacto de cada una de estas vacantes individuales en las propiedades electrónicas y magnéticas de un sistema de tipo grafeno, como es la superficie del grafito.
Esto es posible gracias al uso de un microscopio de efecto túnel operativo a baja temperatura (4K) y en ambientes de ultra-alto vacío, lo que permite observar la superficie con resolución atómica y a su vez obtener información de las propiedades electrónicas locales con una altísima resolución en energías. El microscopio empleado en el trabajo ha sido desarrollado íntegramente en el laboratorio de Nuevas Microscopías de la UAM y es el único de estas características construido en España.
Para estudiar el impacto de las vacantes atómicas, los investigadores arrancan deliberadamente átomos de carbono individuales de la superficie de grafito. Mediante el microscopio de efecto túnel muestran que las vacantes así creadas causan una dramática reducción de la movilidad electrónica de la muestra y confirman la creación de momentos magnéticos asociados a las vacantes atómicas en este material constituido únicamente por átomos de carbono.
Estos resultados abren una posible vía para la creación de imanes no metálicos, baratos, flexibles y biocompatibles y además sugieren un brillante futuro para estos materiales de tipo grafeno en el emergente campo de la espintrónica.
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