NeoFronteras

Membranas de hierro 2D

Área: Física,Tecnología — Sábado, 15 de Marzo de 2014

Consiguen membranas de hierro en grafeno de hasta 10 átomos de anchura que quizás puedan servir en un futuro como memorias.

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Desde que el grafeno se puso moda muchos físicos han intentado publicar sobre él o bien han tratado de dar con una alternativa. A la propuesta del estaneno, del fosforeno o de la monocapa de sulfuro de molibdeno se le suma ahora la monocapa de hierro. Parece que los físicos de materiales están que se salen y viajan por la tabla periódica de los elementos para tratar de encontrar un material ideal al que aplastar.
Este tipo de materiales se basan en una sola capa de átomos arreglados de tal modo que forman una red cristalina plana. Son prácticamente materiales bidimensionales y los electrones, al estar confinados en sólo 2 dimensiones, tienen comportamientos interesantes que pueden ser empleados en electrónica avanzada.
Algunos de estos materiales sólo son propuestas teóricas que en un principio no existen y que luego, si se tiene suerte, se materializan. La última de ellas sería la monocapa de hierro (¿ferrofeno?). Lo interesante de este material sería el gran momento magnético que poseería, entre otras propiedades exóticas, lo que permitiría la fabricación, por ejemplo, de celdas magnéticas de memoria.
Pero, según ciertos cálculos, no parece que exista tal material porque la estructura 2D de hierro parece termodinámicamente inestable más allá de los 12 átomos de ancho. De hecho, los átomos de hierro tienden a formar una estructura 3D en lugar de una monocapa debido a que el enlace está formado por electrones de la banda de conducción, en lugar de los enlaces covalentes del carbono en el grafeno.
Uno puede hacer crecer este material sobre un sustrato por epitaxia, pero entonces no es realmente un material 2D al estar conectado a dichos sustrato, hay que desprenderlo de ahí.
Mark Rümmeli (Instituto Leibniz de Dresden) y sus colaboradores han usado una aproximación distinta. Toman una lámina de grafeno y le hacen agujeros sobre la que colocan la monocapa de hierro.
El método es como sigue. El grafeno lo hacen crecer por deposición química de vapor y lo desprenden del sustrato mediante cloruro de hierro. Esto deja átomos de hierro sobre el grafeno que pueden moverse libremente. La irradiación de un haz de electrones crea sobre el grafeno los agujeros y los átomos de hierro se mueven hasta tapar esos agujeros, formando ahí una estructura 2D.
Según sus cálculos, la anchura máxima de agujero termodinámicamente estable es de 12 átomos de ancho, pero en sus láminas físicas sólo han conseguido medir casos de hasta 10 átomos de ancho. Más allá de esa anchura parece que la estructura es 3D, pues los átomos de hierro tienden a formar cristales en los bordes.
El tiempo dirá si este material tiene o no aplicaciones prácticas como proponen algunos, sobre todo debido a la inestabilidad de estas membranas. Quizás una manera de mejorar su estabilidad sea crear un sandwich de dos capas de grafeno con una entre medias que contenga las membranas de hierro.

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Fuentes y referencias:
Noticia en Physics World.
Artículo original.
Y ahora viene el fosforeno.
Ilustración: Mark Rümmeli.

Salvo que se exprese lo contrario esta obra está bajo una licencia Creative Commons.
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