Jugando con la anisotropía magnética de los lantánidos en superficies

28.09.2021

Los átomos de disprosio en redes metal-orgánicas bidimensionales sobre una superficie de cobre reorientan su eje fácil de imanación. Imagen: Patricia Bondía (Smallin3D).

• Investigadores de IMDEA Nanociencia logran manipular la anisotropía magnética estabilizando átomos de disprosio en redes coordinadas sobre una superficie metálica.
• Esta estrategia podría abrir nuevos caminos para el uso de lantánidos en aplicaciones de magnetismo de un sólo átomo.

Madrid, 28  de septiembre, 2021. El camino hacia la reducción del tamaño de dispositivos electrónicos pasa por el uso de átomos como elementos de memoria. Para convertir un átomo en un bit de información, es necesario manipular su estado magnético. Por ello, los investigadores buscan átomos con un alto grado de anisotropía, que puedan ser fácilmente manipulables.

Los lantánidos (elementos 4f) poseen propiedades que los hacen interesantes para estabilizar el magnetismo. El acoplamiento espín-órbita hace que puedan tener una anisotropía muy alta, y un estado magnético muy estable que podría ser protegido de desestabilizaciones del entorno. Estos elementos 4f tienen un momento magnético mayor que elementos usados habitualmente para aplicaciones magnéticas como son el hierro (Fe) o el cobalto (Co).

Recientemente se ha demostrado que átomos individuales de lantánidos pueden usarse para almacenar información como bits. Sin embargo, el principal problema con estos sistemas de átomos aislados es su alta difusión al depositarlos en superficies con el objetivo de construir dispositivos de memoria.

Investigadores liderados por el Dr. David Écija (IMDEA Nanociencia) han diseñado redes metal-orgánicas de disprosio en superficies, observándose un fuerte aumento de la anisotropía magnética en comparación con átomos individuales. También se ha detectado un cambio en la dirección del eje de magnetización. En un átomo aislado de disprosio la orientación de la anisotropía es fuera del plano, mientras que en el átomo coordinado mediante enlaces moleculares, la anisotropía presenta un ángulo oblicuo y es más fuerte. El resultado pone de manifiesto la complejidad del magnetismo en sistemas de lantánidos en superficies, que pueden ser alterados drásticamente mediante pequeños cambios estructurales.

Se ha observado un fuerte aumento de la anisotropia magnética en el sistema diseñado, en comparación con átomos individuales.

El magnetismo del sistema se midió mediante la técnica de dicroísmo magnético por la Dra. Sofia Parreiras (MSCA fellow en IMDEA Nanociencia) en colaboración con los científicos de la línea BOREAS del Sincrotrón ALBA, dirigidos por el Dr. Pierluigi Gargiani. “Es interesante para determinar en qué situaciones la anisotropía tiene una determinada orientación, para poder desarrollar aplicaciones relacionadas con el magnetismo”, comenta Sofia. En el próximo paso de esta investigación, esperan encontrar una anisotropía más fuerte usando otros elementos lantánidos, como el erbio, así como desacoplar el sistema usando otros sustratos diferentes.

Este resultado científico, publicado en la revista Small, ha sido portada principal del número 35 de este año. El trabajo es una colaboración entre el IMDEA Nanociencia, el ICN2, el ICMM-CSIC, en Sincrotrón ALBA, y la Freie Universität de Berlín, dirigido por el Dr. David Écija, y ha sido cofinanciado por el proyecto ERC-AdG ELECNANO al Dr. Écija, el proyecto “4f-Mag” (MSCA-IF) a la Dr. Parreiras y el sello Centro de Excelencia Severo Ochoa concedido a IMDEA Nanociencia en 2017.

Referencia:

Sofia O. Parreiras, Daniel Moreno, et al. Tuning the Magnetic Anisotropy of Lanthanides on a Metal Substrate by Metal–Organic Coordination. Small. 2021. DOI: 10.1002/smll.202102753

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Fuente: IMDEA Nanociencia