Superátomos magnéticos mejorarán la electrónica molecular

Un equipo de investigadores de la Virginia Commonwealth University (VCU) de Richmond, en Estados Unidos, ha descubierto un “superátomo magnético” que, algún día, podría ser utilizado para crear dispositivos electrónicos moleculares para la próxima generación de ordenadores más rápidos, y con mayor capacidad de memoria.

Según publica la VCU en un comunicado, este superátomo recién descubierto está compuesto por ocho átomos de vanadio (elemento que forma parte de algunos imanes superconductores) y ocho átomos de cesio (que es el más reactivo y menos electronegativo de todos los elementos).

La agrupación actúa como un diminuto imán que tendría la misma fuerza magnética de un único átomo de manganeso, al tiempo que permite a electrones con una orientación específica de giro o de “espín” fluir a través del entorno de los átomos de cesio. Es decir, que el conjunto es como un imán conductor de la electricidad.

Estabilidad y magnetismo

Siguiendo una elaborada serie de estudios teóricos, Shiv Khanna, profesor del Departamento de física de la VCU y sus colaboradores, Ulises Reveles, A.C. Reber, P. Clayborne y otros científicos del Naval Research Laboratory, en Estados Unidos, y del Instituto de Investigación Harish-Chandra de la India, examinaron las propiedades electrónicas y magnéticas del conjunto formado por un átomo de vanadio rodeado de múltiples átomos de cesio.

Así, descubrieron que cuando una agrupación tiene ocho átomos de cesio adquiere una estabilidad extra, derivada de alcanzar un estado electrónico completo.

Un átomo es una configuración estable cuando su estructura más externa está completa. Por eso, cuando un átomo se combina con otros, tiende a perder o a ganar electrones de valencia para adquirir una configuración estable.

Los electrones de valencia son los que se encuentran en el último nivel de energía del átomo y pueden formar enlaces. Son, por tanto, los responsables de la interacción entre átomos de distintas especies o del mismo tipo.

Según Khanna, la agrupación observada tendría un momento magnético (medida del magnetismo interno de un conjunto de átomos) de cinco magnetones de Bohr (el magnetón de Bohr es una constante física), lo que viene a ser más del doble del valor que pueda tener un átomo de hierro en un imán de hierro sólido.

Por otro lado, este momento magnético es similar al de un átomo de manganeso, por lo que Khanna dice que la agrupación de átomos podría ser considerada como una “imitación” de dicho átomo.

Electrónica molecular

Un importante objetivo de este trabajo era encontrar qué combinación de átomos podría dar lugar a un conjunto estable. La mezcla de las características magnéticas y conductoras era otro de los objetivos.

El cesio es un buen conductor de la electricidad, por lo que el superátomo cuenta con un carácter magnético y también con la facilidad de la conductividad a través de sus capas externas, explica Khanna.

Una combinación como la que han creado estos investigadores podría dar lugar a importantes desarrollos en el campo de la “electrónica molecular”, que es la rama de la ciencia que estudia el uso de moléculas orgánicas en la electrónica.

Se espera que dispositivos formados por moléculas ayuden al desarrollo de la memoria de datos no volátil (tipo de memoria que puede retener información almacenada incluso cuando no recibe electricidad), de dispositivos integrados más compactos o de procesadores de datos más potentes, entre otros adelantos, afirma el investigador.

Por otra parte, Khanna y su equipo están realizando estudios preliminares con moléculas compuestas de dos de estos superátomos, y han realizado ya algunas prometedoras observaciones que podrían tener aplicaciones en la llamada espintrónica.

La espintrónica es una tecnología emergente que explota tanto la carga del electrón como su espín para sintetizar dispositivos para la memoria y el procesamiento de datos. Los expertos esperan que esta tecnología tenga en el futuro un impacto radical en los dispositivos de almacenamiento masivo.

Otros logros

Asimismo, los investigadores también han propuesto que combinando oro y manganeso se podrían fabricar otros superátomos con momento magnético pero no conductores de la electricidad y que tendrían aplicaciones biomédicas diversas como de detección, captación de imágenes o suministro de medicamentos.

Los detalles de este trabajo han sido publicados en la revista Nature Chemistry en un artículo titulado “Designer magnetic superatoms”.

Éste no es el primer logro de Khanna y sus colaboradores del que tenemos noticia. Según publicaba la revista ScienceDaily a principios de este año, los científicos descubrieron la manera de producir hidrógeno exponiendo grupos de átomos de aluminio al agua.

La unión de los átomos de aluminio con los del agua no se basó sólo en sus propiedades electromagnéticas sino también en los tipos de estructuras geométricas implicadas en el proceso.