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CIENCIA

El ICMA avanza en el uso de las redes orgánicas nanoporosas como sistemas de almacenamiento de información

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El ICMA avanza en el uso de las redes orgánicas nanoporosas como sistemas de almacenamiento de información

Permitiría usar estas redes orgánicas como sistemas de bits eléctricos independientes de almacenamiento

La revista científica de materiales “Small” publicaba en junio un artículo que detallaba los avances conseguidos por un grupo internacional de científicos –entre los que se encuentra el investigador Jorge Lobo del Instituto de Ciencia de Materiales de Aragón (ICMA) --centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas CSIC y la Universidad de Zaragoza- en el campo del confinamiento cuántico de estados electrónicos en superficies. En esta investigación básica participaron científicos de universidades y centros de investigación de Suiza, España, Brasil, Holanda y Alemania. 

Los firmantes del artículo han logrado demostrar mediante complejos experimentos que es posible confinar los estados electrónicos usando moléculas que dan lugar a estructuras que contienen huecos (poros). Este tipo de estructuras orgánicas (están formadas por moléculas consistentes en átomos de C, N, H y O), llamadas redes moleculares nanoporosas, han sido generadas a partir de un derivado de perileno sobre un sustrato de cobre. La red resultante se auto-organiza en la superficie, es decir, solo necesita calentarse para que todas las moléculas se ordenen de manera espontánea. Es lo que se conoce como "bottom-up approach" que son métodos de miniaturización complementarios a los litográficos que se emplea en la industria informática. En otro trabajo previo (febrero de 2016), publicado en la revista “Applied Surface” Science, parte de estos científicos demostró experimentalmente que los electrones que se confinan son los pertenecientes al sustrato, es decir, al cobre.

Por tanto, el confinamiento electrónico en los poros es el resultado de que las moléculas que forman la estructura actúan como barreras para los electrones del cobre. El logro principal de este trabajo publicado en “Small” fue la demostración de que es posible aumentar el confinamiento mediante la condensación de átomos de xenón en los poros. En particular, la adición o eliminación del Xe por manipulación atómica en los poros cambia la energía de los electrones confinados entre dos valores muy bien definidos. En analogía a las memorias magnéticas, la presencia o falta de átomos de Xe en el poro equivale a un 0 o un 1 de un sistema binario, pero esto ocurre para tamaños considerablemente menores que las memorias magnéticas actuales y sin la necesidad de usar campos magnéticos.

Las posibles aplicaciones derivadas de este trabajo son, por un lado, el uso de las redes nanoporosas como redes regulares de bits eléctricos de una enorme densidad -ya que en este caso particular los bits eléctricos están separados solo por 2,5 nanómetros, mientras que los magnéticos en la actualidad lo están por encima de los 20 nanómetros- y, por otro lado, su uso como sensores, dado que los poros tienen una reactividad diferente a distintos gases y por tanto pueden emplearse como detectores.

¿QUÉ ES UN ESTADO ELECTRÓNICO?

En esencia, todos los materiales se componen de átomos que presentan en su exterior una nube de electrones. Cuando dichos átomos se ordenan dando lugar a materiales sólidos (llamados cristales), lo que ocurre es que los electrones más externos se comparten dando estabilidad (solidificando) al material. Estos electrones compartidos se asocian unos con otros y comparten unas energías y velocidades (momentos) muy particulares, lo que se conocen como estados electrónicos. Estos estados se encuentran mayormente en el interior de los sólidos, pero su existencia también se extiende a la superficie.

El confinamiento de estos últimos puede realizarse a través de la nano-estructuración de la superficie, es decir, mediante la alteración controlada a escala nanométrica (millonésima parte de un milímetro) de su topografía. Esa alteración ocurre a escala atómica y consiste en ponerle barreras a los electrones para impedir su movimiento natural. Si esas barreras forman estructuras cerradas, se llega al fenómeno de confinamiento electrónico.

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