Una investigación liderada por científicos del Instituto de Ciencia Molecular (ICMol) de la Universitat de València, publicada en la prestigiosa revista Nature Materials, ha dado un paso esencial en el campo de la “twistrónica del grafeno” –del inglés twist, girar–, al demostrar que materiales bidimensionales diferentes al grafeno pueden presentar también propiedades emergentes e inexploradas cuando dos monocapas de espesor atómico de estos nanomateriales se apilan y se giran un ángulo determinado.

El estudio demuestra por primera vez que una bicapa magnética girada un ángulo de 90º exhibe propiedades de magneto-transporte espectaculares, como por ejemplo la aparición de multi-estados magnéticos con efectos de memoria. Este resultado pionero augura un futuro muy prometedor a la “twistrónica de espín” como plataforma para diseñar nuevos materiales con propiedades “a la carta” que puedan ser de interés en tecnologías emergentes como la espintrónica, la magnónica o las tecnologías cuánticas.

El descubrimiento del grafeno —un material bidimensional (2D) semiconductor formado por una capa atómica de carbono– está revolucionado la física de la materia condensada y la ciencia de materiales actual. Uno de los resultados más espectaculares ha sido la observación de superconductividad en bicapas giradas de grafeno con un ángulo pequeño de 1.4º, reportada por el equipo del investigador Pablo Jarillo del Massachussets Institute of Technology (MIT)en 2019.

Este hito ha sido posible gracias a que, al igual que las cartas de una baraja, dos capas de grafeno pueden apilarse y girarse a voluntad formando un ángulo entre ellas. Esta posibilidad —única para los materiales bidimensionales— ha abierto un nuevo campo de investigación denominado twistrónica que proporciona una plataforma ideal para diseñar un número infinito de materiales con nuevas propiedades, simplemente girando las capas del material 2D que los conforman.

En la actualidad la twistronica se ha extendido a otros materiales 2D diferentes del grafeno, incluyendo los materiales magnéticos, pero siempre se ha limitado a capas giradas con ángulos pequeños (menores de 5º). 

La aportación del equipo de investigación del ICMol ha consistido en extender la twistrónica a bicapas ferromagnéticas con el fin de conseguir propiedades magnéticas emergentes mediante un giro de 90º de una capa frente a la otra. En estas bicapas magnéticas artificiales el material elegido se formula como CrSBr y está formado por capas de átomos de cromo unidos a través de iones sulfuro y bromuro. En cada una de las capas los momentos magnéticos del cromo se encuentran orientados a lo largo de uno de los dos ejes que definen la capa. Al girarlas, estas capas ortogonales presentan fenómenos de frustración al aplicar un campo magnético externo.

Como consecuencia de este giro y, a diferencia de la bicapa natural (sin girar), en la bicapa artificial se observan propiedades espectaculares, como por ejemplo la aparición de multi-estados magnéticos inducidos por el campo magnético que almacenan información incluso en ausencia de campo magnético. Todo esto demuestra que la twistrónica es una técnica sencilla y eficiente para diseñar imanes “a medida”, simplemente cambiando el ángulo de giro o la naturaleza de las monocapas magnéticas de partida. La nueva dirección que se abre en magnetismo con la denominada twistrónica de espín (o twistrónica magnética), tendrá probablemente un impacto significativo en tecnologías emergentes como la espintrónica, la magnónica o las tecnologías cuánticas.

El equipo que ha desarrollado esta investigación está formado por la investigadora doctoral Carla Boix-Constant, Samuel Mañas-Valero, actualmente investigador postdoctoral Marie Curie en la Universidad Tecnológica de Delft (Países Bajos) y el catedrático Eugenio Coronado, director del grupo de investigación y del ICMol.

 Enlace al artículo en Nature Materials: https://www.nature.com/articles/s41563-023-01735-6

La divulgadora científica Rocío Vidal, más conocida como ‘La Gata de Schrödinger’, será una de las ponentes invitadas al V Encuentro Iberoamericano de Nanodivulgación que se celebra los días 2 y 3 de noviembre, organizado por el Instituto de Ciencia Molecular (ICMol) y el Parc Científic de la Universitat de València, en colaboración con el Festival “10alamenos9”.

La primera edición de la Escuela Europea de Materiales Avanzados (#ESAM2023) ha reunido en Gandia entre los días 16 y 18 de Octubre a cerca de 80 investigadores españoles y europeos que han debatido sobre el diseño y la aplicación tecnológica de los diferentes tipos de materiales con propiedades avanzadas, entre ellos el grafeno y muchos “materiales inteligentes” diseñados intencionalmente para ofrecer rendimientos superiores en áreas clave para la economía de alta tecnología.

La Escuela Europea de Materiales Avanzados es una de las acciones de formación, colaboración científica y de difusión de resultados previstas en el Plan Complementario de I+D+I en Materiales Avanzados impulsado por el Ministerio de Ciencia del Gobierno de España junto a los ejecutivos de siete Comunidades Autónomas. Forma parte del Plan de Recuperación, Transformación y Resiliencia financiado por la Comisión Europea y de la Estrategia Española de Ciencia, Tecnología e Innovación (2021-2027)

Durante el acto de apertura de la reunión, celebrada en el hotel Bayrén, el catedrático de la Universitat de València y director del Instituto de Ciencia Molecular (ICMol) de la Universitat de València, Eugenio Coronado, explicó que este tipo de acciones contribuyen a uno de sus objetivos principales: “Estamos construyendo una comunidad científica estratégica para la industria y la economía de España y Europa”. También para la vida de las personas, puesto que los materiales avanzados permiten productos más baratos, sofisticados y fáciles de usar.

Como coordinador nacional del programa, el profesor Coronado expresó su vocación por consolidar la continuidad de la ESAM y la colaboración entre los investigadores implicados los proyectos del plan complementario. Como herramienta se ha lanzado y ya está disponible AM@ESP (Advanced Materials Spain), la plataforma digital que integra y permite búsquedas de los centros, grupos de investigación y proyectos ligados a la investigación en esta área, que abarca, entre otros, la química, la física, la nanotecnología, la metalurgia o los biomateriales.

El buscador AM@ESP no sólo es la web informativa del plan complementario que arrancó a finales de 2022, sino que supone un significativo esfuerzo realizado por recopilar y estructurar de manera interactiva la información y el contacto de centenares de grupos y centenares de investigadores que participan de manera integrada y colaborativa en las líneas estratégicas fijadas en el proyecto. “Queremos sea una base sólida para la comunidad de investigadores en materiales avanzados porque España es uno de los países que más trabaja este campo”.  

ESAM ha contado con la participación de los grupos españoles y europeos más activos en el campo de los Materiales Avanzados. Se han presentado resultados de investigación para su debate con las generaciones más jóvenes (estudiantes de máster, doctorado y postdoctorado), que también han tenido la oportunidad de presentar los avances de sus trabajos.





Entre los ponentes invitados han destacado el profesor Lapo Bogani, profesor de Nanomateriales Molecular en el departamento de Materiales de la Universidad de Oxford; Nazario Martín, profesor de Química Orgánica de la Universidad Complutense de Madrid y vice-director del Instituto de Estudios Avanzados en Nanociencia de Madrid (IMDEA-Nanociencia); Petra Rudolf, ex presidenta de la Sociedad Europea de Física y profesora de la Universidad de Groningen o Kasper Pedersen, catedrático de Química Inorgánica de la Universidad Técnica de Dinamarca.

También se contó con la participación de Talal Mallah, investigador del Instituto de Química Molecular y de los Materiales de Orsay (ICMMO), en la Universitat de Paris-Saclay. También han sido ponentes invitados José Ramón Galán, investigador ICREA en el Instituto Catalán de Investigación Química (ICIQ); Marisol Martín González, coordinadora científica y técnica del área global de la Materia en el CSIC o Félix Zamora, catedrático de la Universidad Autónoma de Madrid y vicerrector de Transferencia de la misma institución. Richard Murray, editor de la revista Wiley aportó algunas claves sobre la publicación de artículos científicos. 

A la sesión inicial de la escuela asistieron el director general de Ciencia e Investigación de la Generalitat valenciana, Rafael Sebastián Aguilar, y el alcalde de la ciudad, José Manuel Prieto, quienes subrayaron la relevancia de la investigación científica para el avance en “sectores esenciales”. Sebastián, además, destacó el “trabajo colaborativo” y la “multidisciplinariedad” como dos claves para que el conocimiento científico “se consolide y sea realmente útil”, alineándose con las estrategias del Gobierno de España y de la Unión Europea.

José Manuel Prieto recalcó el “compromiso” de Gandia por acoger este tipo de reuniones “que suman investigación y tecnología”. Según dijo, su gobierno tiene vocación de ser, a la vez, “destino turístico, pero también destino inteligente”. Citó como ejemplo que la ciudad será sede del Instituto Nacional de Oceanografía.  

Los planes complementarios del Gobierno de España cuentan con una financiación de 466 millones de euros y abarcan ocho áreas de interés científico-técnicas: Biotecnología aplicada a la salud; ciencias marinas; comunicación cuántica, energía e hidrógeno renovable; agroalimentación; astrofísica y física de altas energías y biodiversidad. 466 millones de euros hasta 2025. El de materiales avanzados tiene asignados 53 millones de euros hasta 2025.