Vols estar al dia? Subscriu-te al nostre newsletter. 1 E-mail cada 2 Mesos! |
 |
Cerdanyola del Vallès, 19 d'octubre de 2022. La cerca de nous mètodes més eficients per al transport i emmagatzematge de la informació està donant lloc al desenvolupament de nous camps de recerca científic-tecnològica com l'espintrònica molecular. Aquesta nova disciplina pretén utilitzar compostos moleculars com a materials funcionals en una nova generació de dispositius on no només s'utilitzi el transport de càrrega (electrons) com a eina d'informació, sinó també l'espín. L'espín és una propietat intrínseca dels electrons (com són la massa o la càrrega elèctrica). En afegir aquesta nova variable de transport d'informació és possible crear dispositius electrònics més eficients, amb una capacitat de processament de dades molt major.
Existeix una creixent demanda en el descobriment de nous compostos que siguin funcionals per a l'espintrònica i permetin un processament a escala industrial. Un dels tipus de compostos més interessants són les molècules sublimables amb transició d'espín. Aquests materials tenen associada la capacitat de canviar entre dos estats anomenats d'alt i baix espín en funció de diversos estímuls externs com poden ser la llum i la temperatura. Concretament, aquells compostos basats en ferro (II) presenten propietats magnètiques completament oposades entre tots dos estats; paramagnètica en l'alt espín i diamagnètica en el baix espín.
En una nova publicació en la revista Advanced Materials, investigadors de l'Institut de Ciència Molecular (ICMol) de la Universitat de València (UV) en col·laboració amb membres de la línia de llum BOREAS del Sincrotró ALBA han desenvolupat uns dispositius híbrids basats en grafè incorporant una pel·lícula fina d'un material basat en ferro (II) amb les propietats citades prèviament i en la seva fase cristal·logràfica meta-estable. Prèviament donada per inert en transició d'espín, el treball dut a terme en la línia de llum BOREAS ha permès descobrir les interessants capacitats de transició d'espín per temperatura i per llum que realment presenta aquesta fase cristal·logràfica quan s'aïlla correctament.
A fi de caracteritzar la transició d'espín de les fases pures crescudes de manera directa i, d'aquesta manera, discernir la idoneïtat de cadascuna d'elles en la posterior integració en un dispositiu, ha estat necessari una anàlisi de la variació amb la temperatura de la configuració electrònica de l'àtom de ferro (II) central de les molècules del compost. Per a això, pel·lícules fines de cadascuna d'aquestes fases s'han estudiat per espectroscòpia d'absorció de raigs-X (XAS) en el rang d'energia dels llindars L2 i L3 del ferro, en la línia de llum BOREAS. Aquest estudi ha permès revelar, d'una banda, la presència d'un component amorf en les pel·lícules fines de la fase meta-estable que recristal·litza en la mateixa després de la realització de diversos cicles tèrmics lents i fins a molt baixa temperatura. En segon lloc, que aquesta fase presenta una susceptibilitat molt alta a la irradiació lumínica, pràcticament impossibilitant l'observació de la seva transició d'espín per temperatura i, a més, produint un fenomen molt exòtic com és la transició reversa a l'estat d'espín baix induïda pels raigs-X (revers-SOXIESST effect), per primera vegada vist a valors de temperatura entorn dels 100 K.
Un cop visualitzades les possibilitats, s'ha emprat per a fabricar un dispositiu que ha demostrat tenir unes propietats sense precedents com a interruptor lumínic emprant un material de transició d'espín.
Tots els dispositius fabricats pels investigadors s'han mesurat durant desenes de cicles tèrmics i fins i tot després romandre guardats durant mesos en atmosfera inerta, mantenint sense quasi variació totes les seves propietats. Per això, aquest treball, a més de suposar un estudi pioner sobre l'ús de dispositius sense contacte, ha donat lloc a una eina amb molt de potencial per a la generació de nous sistemes amb aplicacions en espintrònica i straintrònica (canvis en les propietats elèctriques d'un material induïts per tensions mecàniques), degut tant al seu mecanisme de funcionament com a la seva robustesa.
Aquest treball ha estat liderat principalment pel professor Eugenio Coronado i la doctora Rosa Córdoba, tots dos de l'ICMol, i forma part de la tesi doctoral de Miguel Gavara Edo.
Figura 1. (Esquerra) Esquema del dispositiu sense contacte produït. (Dreta) Mesures elèctriques en funció de la temperatura mostrant cicles sense irradiació de llum (línies negra, grisa i blava en mode refredament i línia rosa en mode escalfament) i amb irradiació (línies verd caqui i verd fulla en mode escalfament i irradiant amb un làser a 2 K durant 5 min). Els cicles de refredament revelen una transició d'espín tèrmica a 60 K molt abrupta. Els cicles d'escalfament sense irradiar revelen la reversibilitat de la transició de forma molt més progressiva acabant a 180 K. Els cicles irradiats a 2 K mostren com s'aconsegueix una transició estimulada a baixa temperatura de gairebé el 100% d'eficàcia la qual es relaxa en escalfar una vegada sobrepassats els 80 K.
![XAS spectra characterization of [Fe(Pyrz)2] films in each of its phases. a) and d) Spectra and spin transition behavior for the stable phase (triclinic). b) and e) Spectra and spin transition behavior for the metastable phase (tetragonal). c) and f) Spectra and spin transition behavior for the metastable after several thermal cycles (first spectra taken for each temperature value). G) and h) Spectra and spin transition behavior for the metastable phase after several thermal cycles (third spectra taken for each temperature value). i) comparative between spin transition behavior characterize between the first and the third spectra taken for each temperature value for the metastable phase after several thermal cycles, thus showing its exotic susceptibility to X-ray irradiation.](../../../en/media/news/BOREASspinIM3.png/@@images/1b5e3127-5d80-4d5c-b150-7fdab7db016a.png "BOREAS spin-IM3")
Figura 2. Caracterització per XAS de les pel·lícules fines de [Fe(Pyrz)2] en cadascuna de les seves fases. a) i d) Espectres i comportament de transició d'espín per a la fase estable (triclínica). b) i e) Espectres i comportament de transició d'espín per a la fase meta-estable (tetragonal). c) i f) Espectres i comportament de la transició d'espín per a la fase meta-estable després de realitzar diversos cicles tèrmics (primer espectre pres a cada valor de temperatura). g) i h) Espectres i comportament de transició d'espín per a la fase meta-estable després de dur a terme diversos cicles tèrmics (tercer espectre pres a cada valor de temperatura). i) Comparativa entre els comportaments de transició d'espín caracteritzats entre el primer i tercer espectre pres a cada valor de temperatura per a la fase meta-estable després de dur a terme diversos cicles tèrmics, mostrant així la seva exòtica susceptibilitat a la irradiació per raigs-X.
Referència: Miguel Gavara-Edo, Rosa Córdoba, Francisco Javier Valverde-Muñoz, Javier Herrero-Martín, José Antonio Real, Eugenio Coronado. Electrical Sensing of the Thermal and Light-Induced Spin Transition in Robust Contactless Spin-Crossover/Graphene Hybrid Devices. Advanced Materials (2022). DOI: https://doi.org/10.1002/adma.202202551
Amb la col·laboració de la Fundació Espanyola per a la Ciència i la Tecnologia. El Sincrotró ALBA forma part de la xarxa d'Unitats de Cultura Científica i de la Innovació (UCC+i) de la Fundació Espanyola per a la Ciència i la Tecnologia (FECYT) i ha rebut suport a través del projecte FCT-21-17088.
