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Nueva molécula con potencial en espintrónica

Un equipo internacional de investigadores, con participación de la Universidad de Málaga, ha sintetizado una molécula con espines ya manipulados que se mantiene estable en condiciones ambientales. El avance puede ayudar al desarrollo de los dispositivos espintrónicos del futuro.

La nueva molécula está basada en un hidrocarburo aromático que genera una estructura con dos centros, cada uno con un espín arriba o abajo preparados para ser polarizados. / Juan Casado/UMA

La espintrónica (neologismo a partir de las palabras 'espín' y 'electrónica' ) es una tecnología emergente que explota tanto la carga del electrón como su espín o giro. A diferencia de la electrónica, la espintrónica utiliza una propiedad de las partículas cuánticas relacionada con los campos magnéticos atómicos, el espín del electrón. Los espines pueden polarizarse en dos estados, significando cada uno de ellos un bit de información.

En este ámbito, el descubrimiento de las múltiples propiedades del grafeno no sólo ha sido impactante para la nanociencia y la nanotecnología, sino que ha ejercido un efecto palanca en el interés hacia la espintrónica por su potencial para lograr la construcción de nuevos dispositivos, que precisan de un sistema que pueda generar y transportar corrientes polarizadas de espines.

"Lo destacable de esta molécula es que exhibe una notable estabilidad al ambiente”, destacan los investigadores

El principal problema es que para su puesta en práctica se requieren moléculas con espines disponibles para su manipulación externa, algo que la química consigue rompiendo los enlaces entre átomos y que vuelve a las partículas sumamente inestables a los cambios de temperatura.

Pero ahora un estudio internacional, publicado en la revista Nature Chemistry, presenta la síntesis y la caracterización de una molécula con espines desapareados –es decir, ya manipulados químicamente– que se puede mantener estable en condiciones ambientales, sin reaccionar con gran avidez, que es lo esperable para moléculas con electrones desapareados.

"Lla molécula está basada en una unidad orgánica central –un hidrocarburo aromático policíclico– con una estructura específica conocida como tipo quinoide que se transforma en una unidad aromática a costa de romper un enlace químico. De esta forma da lugar a una especie birradical que tiene dos centros, cada uno con un espín en cada uno de los estados preparados para ser polarizados", explica Juan Casado, investigador del departamento de Física Química de la Universidad de Málaga y coautor del trabajo.

Según sus creadores, lo destacable de esta molécula es que exhibe una notable estabilidad al ambiente. "Su diseño químico ha resultado en una ruta sintética rápida, eficaz, viable y escalable, es decir, con habilidad para reaccionar y adaptarse sin perder calidad", señalan.

Los resultados de esta investigación ponen de manifiesto que el diseño racional y económico de nuevos compuestos hidrocarburos policíclicos orgánicos de alto espín y fuertemente resistentes tanto a la atmósfera como a los cambios de temperatura es el camino directo hacia la preparación de materiales que pueden revolucionar las aplicaciones tecnológicas basadas en la espintrónica.

Este campo, junto con la computación cuántica, son posiblemente las nuevas áreas que permitirán desarrollar los dispositivos que revolucionarán la sociedad de este siglo y el próximo.

Referencia bibliográfica:

Gabriel E. Rudebusch, José L. Zafra, Kjell Jorner, Kotaro Fukuda, Jonathan L. Marshall, Iratxe Arrechea-Marcos, Guzmán L. Espejo, Rocío Ponce Ortiz, Carlos J. Gómez-García, Lev N. Zakharov, Masayoshi Nakano, Henrik Ottosson, Juan Casado y Michael M. Haley. "Diindeno-fusion of an anthracene as a desing strategy for stable organic biradicals”, Nature Chemistry, 23 de mayo 2016. Disponible en línea: https://doi.org/10.1038/nchem.2518