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Un equipo interdisciplinar de investigadores aragoneses ha realizado un estudio comparativo de la estructura y el magnetismo de nanopartículas de maghemita sintetizados en ferritina, la principal proteína almacenadora de hierro. El trabajo ha permitido desvelar propiedades atípicas en estos materiales.
Los seres vivos, desde las bacterias a los mamíferos, utilizan la nanocavidad esférica de una proteína, la ferritina, para almacenar hierro. En la actualidad, estos moldes biológicos se utilizan para sintetizar nanopartículas a partir de materiales de naturaleza magnética, metales nobles y semiconductores. La nucleación y el crecimiento de núcleos inorgánicos vienen determinados en gran medida por el ambiente biológico. Sin embargo, el hecho de cómo el ambiente afecta a las propiedades magnéticas, continúa siendo desconocido.
Un equipo interdisciplinar, incluyendo físicos de Instituto de Ciencia de Materiales de Aragón (ICMA-CSIC) y bioquímicos de la Universidad de Zaragoza, ha realizado recientemente un estudio comparativo de la estructura y el magnetismo de nanopartículas de maghemita sintetizados en ferritina en sus diferentes estadios de formación. Este estudio ha sido realizado combinando un amplio número de técnicas complementarias incluyendo microscopía de fuerza atómica, microscopía electrónica, difracción de rayos-X, magnetometría SQUID y espectroscopía Mössbauer.
Dicho estudio muestra que, magnéticamente, estos materiales se comportan como nanopartículas huecas. En los primeros estadios de formación, las nanoparticulas de maghemita parecen ser altamente irregulares, asemejándose a “herraduras” o “median lunas”. Este hecho parece ser el resultado del crecimiento simultáneo en diferentes centros de nucleación en la cavidad de la proteína.
En estas condiciones, la proporción de posiciones interfaciales relativas al volumen total de la nanopartícula aumenta considerablemente. El desorden cristalino disminuye drásticamente el momento magnético pero aumenta enormemente la anisotropía, parámetro que determina la estabilidad de la memoria magnética de la nanopartícula.
Las atípicas propiedades de estos materiales, resultado de la influencia del molde biológico, abren nuevas posibilidades en la investigación básica de nanomateriales magnéticos. Desde un punto de vista tecnológico, el incremento en la anisotropía magnética en nanopartículas sintetizadas en ferritina puede ayudar a estabilizar bits magnéticos frente a fluctuaciones térmicas.
Estudio interdisciplinar
El estudio ha sido conducido por el equipo de investigadores del Instituto de Ciencia de Materiales de Aragón (ICMA-CSIC), el departamento de Bioquímica de la Universidad de Zaragoza y otros dos centros de investigación de la misma Universidad: el Instituto de Nanociencia (INA) y el Instituto de Biocomputación y Física de Sistemas Complejos (BIFI).
María José Martínez-Pérez, estudiante de doctorado en físicas de la Universidad de Zaragoza, realizó las medidas magnéticas y su análisis. Rocío de Miguel, estudiante de doctorado de bioquímica, llevó a cabo la síntesis de la magnetoferritina y estudios de AFM y TEM. Para realizar estos estudios se apoyó en las doctoras Chiara Carbonera, Marta Martínez-Júlvez, Anabel Lostao y el profesor Carlos Gómez-Moreno. El profesor Juan Bartolomé analizó los experimentos de difracción de rayos-X. La doctora Cristina Piquer realizó los experimentos de espectroscopía Mössbauer. El Dr. Fernando Luis dirige el proyecto y colabora en el análisis y la interpretación de los resultados magnéticos.
El trabajo forma parte de un proyecto en curso dedicado a la investigación de los efectos producidos por el tamaño y por los fenómenos cuánticos en los materiales magnéticos, y a fabricar arquitecturas híbridas a partir de nanomateriales de ferritina y sensores superconductores.
Un equipo internacional de científicos, liderados desde el Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón, ha creado el primer imán duro de espesor atómico. El avance tiene aplicaciones potenciales en dispositivos tecnológicos que requieren un campo magnético definido, como las memorias RAM de los ordenadores.
En la interfaz entre dos capas rotadas de titanato de bario, con solo unos pocos átomos de espesor, aparecen propiedades que podrían revolucionar la ciencia de los materiales ferroeléctricos y ser útiles en la electrónica e informática del futuro. Los detalles los publican en Nature investigadores de la Universidad Complutense de Madrid.
