Investigadores del INMA trabajan en nuevos materiales que podrían revolucionar la electrónica del futuro

ZARAGOZA 27 Jul. (EUROPA PRESS) -

Un equipo de investigadores del Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón (INMA), centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universidad de Zaragoza (Unizar), ha dado un importante paso hacia el desarrollo de los materiales que podrían sustentar la próxima generación de dispositivos electrónicos y tecnologías cuánticas.

En concreto, el trabajo en el INMA está liderado por un físico del CSIC, Mikhail Otrokov. El estudio, publicado en la revista Physical Review B, predice la existencia de una nueva familia de materiales magnéticos bidimensionales (2D) que presentan unas propiedades muy superiores a las conocidas hasta ahora.

Aunque todavía no han sido sintetizados en el laboratorio, los cálculos realizados por el equipo muestran que podrían mantener su magnetismo incluso por encima de la temperatura ambiente, un desafío que durante años ha limitado el desarrollo de este tipo de materiales. La investigación ha sido desarrollada, además, en colaboración con el Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM-CSIC), el Centro de Física de Materiales (CFM, CSIC-UPV/EHU) y el Donostia International Physics Center (DIPC).

IMANES DE APENAS TRES ÁTOMOS DE ESPESOR

Los materiales estudiados pertenecen a la familia de los denominados materiales Janus, llamados así en referencia al dios romano de las dos caras porque presentan una composición distinta en cada una de sus superficies. Se trata de monocapas de apenas tres átomos de espesor que, según las simulaciones realizadas mediante cálculos de mecánica cuántica, podrían conservar su orden magnético entre los 370 y los 410 kelvin (entre unos 100 y 140ºC), muy por encima de la temperatura ambiente.

Hasta ahora, los materiales magnéticos bidimensionales más estudiados solo conservaban estas propiedades a temperaturas extremadamente bajas, muy alejadas de las necesarias para aplicaciones tecnológicas reales. "Uno de los grandes retos del magnetismo bidimensional consiste precisamente en conseguir materiales que mantengan sus propiedades magnéticas en condiciones normales de funcionamiento. Nuestras predicciones indican que esta nueva familia podría superar esa barrera", ha explicado Mikhail Otrokov, investigador del CSIC en el INMA (CSIC-Unizar) y uno de los autores principales del trabajo.

El interés de estos materiales va mucho más allá de su comportamiento magnético. Su estructura asimétrica les confiere propiedades electrónicas singulares que podrían aprovecharse para desarrollar nuevas tecnologías en campos estratégicos como la espintrónica --una rama de la electrónica que utiliza el espín de los electrones para procesar información con un consumo energético mucho menor-- o la computación cuántica.

Los cálculos realizados por el equipo indican que estos materiales podrían facilitar el desarrollo de estados cuánticos necesarios para futuros ordenadores cuánticos y favorecer la aparición del denominado efecto Hall cuántico anómalo, un fenómeno que permitiría transportar corriente eléctrica prácticamente sin pérdidas de energía. De confirmarse experimentalmente, estos materiales abrirían la puerta a dispositivos electrónicos más rápidos, más eficientes y con un consumo energético muy inferior al de la tecnología actual.

EL SIGUIENTE RETO: FABRICARLOS EN EL LABORATORIO

Aunque los resultados son muy prometedores, los investigadores recuerdan que, por el momento, se trata de una predicción teórica basada en simulaciones de primeros principios y modelos de dinámica de espines atómicos. El equipo ha comprobado además que los materiales propuestos son estables desde el punto de vista estructural, lo que aumenta las posibilidades de que puedan sintetizarse en el futuro.

"La confirmación definitiva llegará cuando estos materiales puedan fabricarse y caracterizarse experimentalmente. Nuestro trabajo ofrece una hoja de ruta sólida para que otros grupos puedan intentar obtenerlos en el laboratorio", ha señalado Otrokov. Si estas predicciones se confirman, esta nueva familia de materiales podría convertirse en uno de los candidatos más prometedores para impulsar la próxima generación de dispositivos cuánticos y electrónicos de alta eficiencia.

CENTRO DE EXCELENCIA SEVERO OCHOA

El Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón (INMA) ha sido el primero de nuestra Comunidad Autónoma en obtener la acreditación de excelencia Severo Ochoa, que concede la Agencia Estatal de Investigación. Ese reconocimiento supone una financiación de 4,5 millones de euros y la dotación de cinco contratos predoctorales para el periodo 2024-2028.

El INMA es un instituto mixto de investigación del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universidad de Zaragoza (Unizar). Con cerca de 300 miembros, tiene más de 40 proyectos europeos en curso y una media anual de 300 publicaciones y 7 millones de euros obtenidos en programas públicos competitivos. Además, trabaja en colaboración con la industria.