Por primera vez, científicos han descubierto magnetismo en el mundo 2-D de las monocapas, o materiales que están formados por una sola capa atómica.

Los resultados –publicados en Nature– de un equipo liderado por la Universidad de Washington y el Instituto de Tecnología de Massachusetts demuestran que las propiedades magnéticas pueden existir incluso en el reino 2-D, abriendo un mundo de aplicaciones potenciales.

Los materiales magnéticos forman la base de tecnologías que desempeñan papeles cada vez más importantes en nuestras vidas, incluyendo la detección y el almacenamiento de datos en el disco duro. A medida que los dispositivos se hacen cada vez más pequeños y más rápidos, los investigadores están buscando nuevos materiales magnéticos más compactos, más eficientes y controlables mediante métodos precisos y confiables.

«Lo que hemos descubierto aquí es un material 2-D aislado con magnetismo intrínseco, y el magnetismo en el sistema es muy robusto», dijo en un comunicado Xiaodong Xu, profesor de física y de ciencia de materiales e ingeniería en la Universidad de Washington. «Prevemos que las nuevas tecnologías de la información puedan surgir en base a estos nuevos imanes 2-D».

Xu y el profesor de física MIT Pablo Jarillo-Herrero encabezan el equipo internacional de científicos que ha demostrado que el material – triioduro de cromo, o CrI3 – tiene propiedades magnéticas en su forma monocapa.

Otros grupos, entre ellos el coautor Michael McGuire en el Oak Ridge National Laboratory, habían demostrado anteriormente que CrI3 – en su forma de cristales a granel, 3-D, es ferromagnético. En materiales ferromagnéticos, los «giros» de los electrones constituyentes, análogos a los diminutos imanes subatómicos, se alinean en la misma dirección incluso sin un campo magnético externo.

Pero ninguna sustancia magnética tridimensional había retenido sus propiedades magnéticas antes de ser diluida hasta una sola hoja atómica. De hecho, los materiales monocapa pueden demostrar propiedades únicas que no se ven en sus formas tridimensionales de múltiples capas.

«Simplemente no se puede predecir con precisión cuáles serán las propiedades eléctricas, magnéticas, físicas o químicas de un cristal monocapa 2-D basado en el comportamiento de su contraparte a granel tridimensional», dijo Bevin Huang, autor co-principal y estudiante de doctorado de la Universidad de Washington.

Los átomos dentro de los materiales monocapa se consideran «funcionalmente» bidimensionales porque los electrones sólo pueden viajar dentro de la hoja atómica, como piezas en un tablero de ajedrez.

Para descubrir las propiedades de CrI3 en su forma 2-D, el equipo utilizó cinta Scotch para rasurar una monocapa de CrI3 a partir de la forma de cristal 3-D más grande. «El uso de cinta Scotch para exfoliar una monocapa de su cristal a granel tridimensional es sorprendentemente eficaz», dijo la coautora principal Genevieve Clark.

«Esta técnica sencilla y de bajo costo se utilizó por primera vez para obtener grafeno, la forma 2-D de grafito, y se ha utilizado con éxito desde entonces con otros materiales».

En materiales ferromagnéticos, los espines alineados de los electrones dejan una firma reveladora cuando un haz de luz polarizada se refleja en la superficie del material. Los investigadores detectaron esta firma en CrI3 utilizando un tipo especial de microscopía. Es el primer signo definitivo de ferromagnetismo intrínseco en una monocapa aislada.

Sorprendentemente, en copos CrI3 que tienen dos capas de espesor, la firma óptica desapareció. Esto indica que los giros de electrones están alineados de forma opuesta entre sí, un término conocido como ordenamiento antiferromagnético.

Fuente: Europa Press