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.  

La primera edición de la Escuela Europea sobre Materiales Avanzados (ESAM, de sus siglas en inglés) reunirá entre el 15 y el 18 de octubre de 2023 en Gandía (Valencia) a los más relevantes grupos científicos nacionales y europeos con estudiantes de doctorado y postdoctorales en el marco del Programa de Materiales Avanzados del Plan complementario de I+D+i del Gobierno de España, bajo la coordinación nacional del catedrático de la Universitat de València y director del Instituto de Ciencia Molecular (ICMol), Eugenio Coronado.

#ESAM2023 (European School on Advanced Materials) es una de las acciones conjuntas previstas en el citado programa para dar visibilidad a la comunidad científico-tecnológica nacional, formar nuevas generaciones de científicos en la disciplina, difundir los resultados de los laboratorios y trabajar en que el conocimiento generado se traslade a la industria.

Los planes complementarios son una herramienta en materia de I+D+I, con el fin de alinear la ejecución de los fondos regionales, nacionales y europeos a través de programas conjuntos que favorezcan la innovación tecnológica. La iniciativa cuenta con medidas conjuntas de financiación entre el Estado y las Comunidades Autónomas, una de la cuales es el avance en un área estratégica como son los materiales avanzados.

Financiado a través del Plan de Recuperación, Transformación y Resiliencia y de los fondos Next Generation EU de la Comisión Europea, el programa de Materiales Avanzados suma la participación de siete comunidades autónomas: Comunidad Valenciana, Aragón, Cataluña, Castilla – La Mancha, Castilla y León, Comunidad de Madrid y País Vasco.

El de materiales avanzados es uno de los ocho programas que ha lanzado el Gobierno, con cerca de 466 millones de inversión, para promover la Biotecnología aplicada a la salud, las Ciencias Marinas, la Comunicación cuántica, la Energía e hidrógeno renovable, la Agroalimentación, la Astrofísica y física de altas energías y la Biodiversidad.

El programa establece, por ejemplo, el impulso de la investigación multidisciplinar sobre el grafeno y otros materiales bidimensionales; el desarrollo e integración de procesos innovadores para la generación y el almacenamiento de energías renovables (hidrógeno verde o energía fotovoltaica) y la captura y valorización de dióxido de carbono. También contempla el diseño de materiales con funcionalidades avanzadas, que respondan a estímulos externos y sean útiles para las tecnologías de la información y las comunicaciones, la salud, la movilidad, el hábitat o el medio ambiente.

Todos los temas de discusión de la escuela enlazan con los retos de la Estrategia Europea relacionados con la energía y el llamado transporte inteligente; las tecnologías de la información y las comunicaciones (materiales para fabricación eficiente de componentes electrónicos, nuevos conceptos de almacenamiento y procesado de la información, detección optimizada, etc.); el medio ambiente, la sostenibilidad o la salud (biomateriales para aumentar y mejorar la esperanza y calidad de vida).

La inscripción en #ESAM2023 ya está abierta a través de su web. Además de la financiación del Gobierno de España, la primera Escuela Europea sobre Materiales Avanzados cuenta con el apoyo de la Generalitat Valenciana, la Real Sociedad Española de Química y el Grupo Especializado en Nanociencia y Materiales Moleculares.

La Asociación Europea de Magnetismo (EMA de sus siglas en inglés) ha concedido su premio Científico Joven a Samuel Mañas, graduado en Física y doctor por la Universitat de València con su trabajo desarrollado en el Instituto de Ciencia Molecular (ICMol), por sus “revolucionarias contribuciones al magnetismo molecular”.

Concretamente, a Mañas se le premia como joven investigador “por sus contribuciones al magnetismo molecular en el límite bidimensional, aislando imanes 2D basados en moléculas y heteroestructuras híbridas 2D, combinando capas moleculares de transición de espín y materiales inorgánicos en dos dimensiones”, según el fallo publicado por la EMA. 

Graduado en Física por la Universitat de València, Samuel Mañas es actualmente investigador en la Universidad Tecnológica de Delft (Países Bajos), donde inició su estancia postdoctoral dentro del programa Marie Sklodowska-Curie, un programa de la Comisión Europea altamente competitivo de apoyo a la investigación y la innovación de excelencia.

Samuel Mañas se doctoró en 2021 con su trabajo sobre "Cristales bidimensionales y heteroestructuras de van der Waals basadas en materiales laminares inorgánicos y moleculares fuertemente correlacionados", realizado en el ICMol bajo la supervisión del catedrático de Química Inorgánica Eugenio Coronado.

Aquella tesis doctoral de Samuel Mañas ya fue considerada como el mejor trabajo del año 2021 en la disciplina de Nanociencia por parte del Grupo Especializado de Nanociencia y Materiales Moleculares que forman conjuntamente la Real Sociedad Española de Química y la Real Sociedad Española de Física.

Mañas centra su trabajo en la materia condensada. Concretamente estudia tanto la síntesis como la estructura y las propiedades físicas (eléctricas, magnéticas, ópticas, térmicas y mecánicas) de los sólidos.

Su investigación se centra en materiales cuánticos de baja dimensión -tanto de naturaleza inorgánica como molecular- con especial énfasis en el aislamiento y estudio de las propiedades electrónicas y magnéticas de fases magnéticas bidimensionales (2D). Esto incluye líquidos de espín cuánticos, ferromagnetos y antiferromagnetos 2D, así como el ensamblaje de estos materiales 2D como heteroestructuras de van der Waals y con materiales moleculares de transición de espín.

Premio senior

En la categoría senior, la EMA ha concedido el premio Dominique Givord a Oliver Gutfleisch, profesor la Universidad de Darmstadt, ex director científico de la Institución Fraunhofer de Investigación para el Reciclaje de Materiales y Estrategias de Recursos de Hanau y líder del grupo “De Magnete” en el Instituto Max-Planck.

El investigador Amílcar Bedoya-Pinto, doctor en Física de la Materia Condensada por la Universidad de Goettingen (Alemania), se ha incorporado al Instituto de Ciencia Molecular (ICMol) de la Universitat de València como investigador distinguido del Plan GenT de la Generalitat Valenciana para iniciar una nueva línea de investigación sobre epitaxia de haz molecular de materiales bidimensionales y sus heteroestructuras para aplicaciones espintrónicas.

Con el apoyo del programa Cidegent, diseñado para captar investigadores de alto nivel con proyectos de I+D+I para centros de la Comunidad Valenciana, Bedoya trasladará al ICMol el trabajo que hasta ahora realizaba en el Instituto Max-Planck de Física de Microestructuras de Halle (Alemania), donde ha sido investigador asociado y ha dirigido proyectos sobre materiales magnéticos bidimensionales y películas finas de semimetales topológicos.

El foco principal de Bedoya se centra en la fabricación de materiales, átomo a átomo y capa a capa, en un entorno ultralimpio (vacío ultraalto, conocido como UHV), seguido de la investigación de las propiedades físicas de las capas atómicas y heteroestructuras bien definidas y atómicamente nítidas. Este entorno UHV garantiza condiciones óptimas para observar no sólo las propiedades de los materiales en el límite ultralimpio, sino sobre todo detectar fenómenos emergentes en interfaces de materiales estructural o químicamente disímiles. Para ello emplean una técnica llamada de epitaxia de haces moleculares (MBE) que sirve para construir heteroestructuras capa a capa..

Bedoya plantea montar un "laboratorio en UHV", lo que significa llevar a cabo toda la caracterización física y química necesaria en ultra alto vacío. Esto concede la posibilidad de explorar materiales cuánticos que se degradan u oxidan fácilmente al exponerse al aire -que son muchos- y de conservar un sistema bien definido desde su creación hasta el final de la cadena de caracterización. Además, este enfoque acerca al máximo un experimento a los modelos teóricos atomísticos.

Consolidación del trabajo en el ICMol

Nacido en Lima (Perú) Amílcar Bedoya-Pinto realizó sus estudios universitarios de Física en la Universidad Técnica de Múnich (TUM) y posteriormente realizó un máster en el Instituto Walther-Meissner (WMI) sobre el crecimiento y caracterización de semiconductores magnéticos basados en ZnO. Su carrera prosiguió con un doctorado en la Universidad de Göttingen centrado en estudios de transporte de carga y espín en GaN que culminó con el premio Dr. Berliner-Ungewitter para su tesis doctoral.

Su trabajo postdoctoral comenzó en España, en el centro de investigación CiC nanoGUNE de San Sebastián, donde se centró en la investigación de dispositivos espintrónicos moleculares e interfaces híbridas metal-molécula. Ya en ese tiempo comenzó a colaborar en proyectos con el catedrático y director del ICMol, Eugenio Coronado, en el marco de un proyecto financiado por el programa Horizonte2020 de la Unión Europea (HINTS).

Tras su paso por el Instituto Max Planck, donde trabajó varios años junto al profesor Stuart Parkin, Bedoya ha consolidado ahora su colaboración con el profesor Eugenio Coronado incorporándose al ICMol para los próximos cuatro años y con perspectivas a largo plazo.  Durante su carrera ha acumulado más de 40 publicaciones científicas de alto impacto, mas de 20 charlas invitadas a nivel internacional y un capítulo de libro. Además, es miembro del consejo editorial de revistas científicas y revisor experto de organismos internacionales de financiación.

“Estoy muy contento por empezar mi trabajo en el ICMol, un instituto al que ya conocía por colaboraciones previas, y siempre me llamó la atención la calidad de su investigación y su carácter multidisciplinario. Espero aportar a este entorno con mi experiencia y llevando una nueva línea de investigación que se complementa mucho con las ya existentes. Estoy seguro que se abrirán muchas puertas para colaboraciones y proyectos novedosos. El ICMol es un foco de excelencia donde me gustaría consolidar mi carrera científica, y el programa CIDEGenT ofrece muy buenas condiciones para hacerlo.”