“Liberando” el momento orbital de átomos de Co en superficie mediante coordinación organometálica
Autor: José Ignacio Martínez, Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM-CSIC)
Aunque los átomos de metales de transición aislados presentan momentos magnéticos orbitales altos, cuando se colocan en sólidos, el entorno cristalino conduce a su extinción parcial o total. Un momento orbital “quencheado” se asocia con una anisotropía magnética baja que reduce la estabilidad magnética del nanomaterial. Una posible ruta para “liberar” el momento orbital es la reducción del número de coordinación en sistemas de baja dimensionalidad. Investigadores liderados por el Dr. David Écija (IMDEA Nanociencia) y el Dr. Carlos Martí-Gastaldo (ICMol) han diseñado una red orgánica de cobalto preparada mediante síntesis en superficie sobre un sustrato de Au(111), que manifiesta un alto momento magnético orbital sin precedentes.
Figura 1. (Izquierda) Imagen STM de la red Co-HOTP sobre Au(111). (Derecha) Estado fundamental más favorable en configuración antiferromagnética con espín en el plano mediante simulaciones teóricas.
Las estructuras organometálicas son sistemas con una gran versatilidad, lo que las convierte en candidatas ideales para diseñar a-la-carta las propiedades fundamentales de los materiales. Cuando estos sistemas se preparan en superficies, pueden surgir nuevas propiedades cuánticas debido a su baja dimensionalidad: con espesores incluso de un átomo. En el caso de las estructuras 2D de metales de transición, la reducción del número de coordinación en una superficie puede conducir a la relajación del momento orbital y al consiguiente aumento de la anisotropía magnética. Una alta anisotropía magnética es esencial para el desarrollo de aplicaciones magnéticas como almacenamiento de datos y dispositivos espintrónicos. Además, en el caso de redes preparadas con moléculas conjugadas π-d, se produce un aumento del acoplamiento entre los átomos metálicos que puede dar lugar a estados fundamentales antiferromagnéticos. Los materiales antiferromagnéticos presentan algunas ventajas para aplicaciones prácticas en comparación con los materiales ferromagnéticos, como una mayor robustez y una dinámica más rápida. En un estudio reciente publicado en la prestigiosa revista Journal of American Chemical Society [JACS 2022, 144(35), 16034-16041] se recogen los principales resultados obtenidos sobre la síntesis y la caracterización de una novedosa red metalorgánica 2D que consta de moléculas de 2,3,6,7,10,11-hexahidroxitrifenileno (H6HOTP) coordinadas con átomos de cobalto en una superficie Au(111) tras la activación de los grupos funcionales hidroxilo. Los experimentos de microscopía túnel (STM) revelan una nanoarquitectura sin precedentes, muy distinta de la observada en química en disolución. Los cálculos teóricos revelan que el sistema tiene un estado fundamental antiferromagnético. Los experimentos de espectroscopia de absorción de rayos X (XAS) y dicroísmo magnético circular de rayos X (XMCD) realizados en la línea de luz BOREAS del sincrotrón ALBA demuestran que la red Co-HOTP presenta un gran momento orbital no extinguido y una alta anisotropía magnética. Por otro lado, las curvas de magnetización son compatibles con el antiferromagnetismo, tal como lo predicen los cálculos teóricos. Estos resultados abren nuevas vías para el desarrollo de sistemas antiferromagnéticos de baja dimensionalidad con potencial aplicación en espintrónica y dispositivos de memoria. Este trabajo es una colaboración entre investigadores de IMDEA Nanociencia, ICMol, ALBA Synchrotron (BOREAS beamline), ICMM-CSIC y la Freie Universität Berlin, liderado por el Dr. David Écija y el Dr. Carlos Martí-Gastaldo.
Contacto
José Ignacio Martínez, Investigador del grupo ESISNA del programa FotoArt-CM.
Coordina FotoArt-CM: Víctor A. de la Peña O´Shea, Instituto IMDEA Energía.
