Una nueva generación de dispositivos electrónicos moleculares gracias a la espintrónica basada en grafeno La espintrónica, la electrónica molecular y el grafeno tienen una característica en común: se consideran elementos determinantes para el futuro de la computación, y concretamente para superar las limitaciones que imponen las leyes de Moore y Kryder. El proyecto ACMOL contribuye a lograr avances en esos tres frentes construyendo dispositivos a modo de pruebas de concepto. Economía digital Investigación fundamental © marie_mi, Shutterstock No hace tanto tiempo que se consideraban asuntos distintos la espintrónica (es decir, el desarrollo de circuitos electrónicos a nanoescala para la fabricación de discos duros basándose en la detección y manipulación del espín electrónico) y la electrónica molecular (o sea, el uso de moléculas como piezas fundamentales para construir circuitos electrónicos). ACMOL ha abierto una vía nueva en la investigación sobre la espintrónica al desarrollar un polarizador del espín que es conmutable y funciona a temperatura ambiente. Para ello, sus investigadores se han valido de moléculas electroactivas y magnéticas que han integrado en electrodos tipo grafeno modificados con materiales ferromagnéticos. Según explicó la Dra. Núria Crivillers, coordinadora del proyecto en nombre del ICMAB-CSIC (España): «A pesar de los rápidos progresos en la espintrónica, la "espintrónica molecular" aún plantea retos de gran envergadura. El mercado pide una reducción continua del tamaño de los imanes con que se construyen los discos duros externos, pero aún no se había encontrado una solución para la interacción entre el espín de la molécula y la corriente eléctrica». ACMOL trabaja para dar con esa solución y ha creado una prueba de concepto en la cual una corriente eléctrica puede interactuar con el espín de la molécula, el cual puede conmutar entre distintos estados. El equipo del proyecto hizo posibles las mediciones y el transporte controlado de cargas a través de uniones electrodo-molécula-electrodo, creó una tecnología novedosa basada en el grafeno para la espintrónica molecular y comparó su rendimiento con el de la tecnología estándar basada en metales maleables. «El oro es el material preferido para construir electrodos espaciados a escala nanométrica con vistas a realizar experimentos modelo de electrónica molecular, pero estos electrodos son inestables a temperatura ambiente, su reproducibilidad es deficiente y no permiten la inyección de espín. El grafeno, en cambio, puede aportar la estabilidad necesaria. Aparte de estabilidad a temperatura ambiente, ofrece una gran resistencia mecánica, conductividad electrónica y térmica excepcionalmente elevada, impermeabilidad a gases y su estructura bidimensional quizás permita uniones moleculares más reproducibles», señaló la Dra. Crivillers. ACMOL ha logrado avances tecnológicos considerables de cara a conseguir electrodos estables y los dispositivos moleculares relacionados. Y éste no es más que uno de sus muchos logros. En el proyecto se realizó una caracterización exhaustiva de dispositivos moleculares basados en grafeno a distintas temperaturas, desde la ambiente hasta criogénicas. Se demostró la posibilidad de injertar moléculas de forma covalente en un sustrato de grafeno estable desde el punto de vista mecánico y que podrían ser candidatas ideales para una nueva generación de dispositivos electrónicos moleculares. También se creó una nueva metodología para la fabricación en serie de electrodos nanoespaciados con confinamiento espacial a escala nanométrica y con un consumo energético bajo. Además, se ideó una técnica de interrupción/unión totalmente de carbono en las configuraciones de la STM (espectroscopia de efecto túnel) en la que se introdujeron puntas de grafito novedosas. Por último, se crearon métodos computacionales nuevos y avanzados para tratar el transporte cuántico de electrones, métodos que se implantaron en el software Smeagol. «Nuestros dispositivos pueden contribuir a impulsar el desarrollo de una nueva generación de dispositivos electrónicos de bajo consumo, ultrarrápidos, polivalentes, duraderos, rentables y de grandes prestaciones para usos como el almacenamiento de datos de alta densidad, la microelectrónica, los (bio)sensores, la computación cuántica y las tecnologías médicas», aseguró la Dra. Crivillers. Aunque el proyecto no tenía entre sus metas ir más allá de la investigación fundamental, es indudable que el grado de comprensión y control de la interacción entre electrones y espín molecular, así como el desarrollo de una tecnología basada en el grafeno, contribuirán a que se produzca una revolución científico-tecnológica en la espintrónica molecular. «Opinamos que los resultados de ACMOL ayudarán a desarrollar conceptos nuevos que orienten tecnologías híbridas que podrían traspasar las fronteras actuales de la tecnología basada en el silicio», manifestó la Dra. Crivillers. De cara al futuro, prevé aplicaciones en materiales dispuestos por capas, aparte del grafeno, como MoS2, BN o MoSe2. En suma, los logros de ACMOL en los planos técnico, experimental y computacional pueden elevar la competitividad de Europa en las tecnologías de la espintrónica molecular y el grafeno. Palabras clave ACMOL, espintrónica, electrónica molecular, grafeno, disco duro externo, electrónica
