¿El átomo de hidrógeno hace que el grafeno sea magnético?


El grafeno tiene muchas propiedades mecánicas y electrónicas excepcionales, pero no es magnético. Para hacerlo magnético, la estrategia más sencilla es modificar su estructura electrónica para crear electrones no apareados.

El átomo de hidrógeno hace que el grafeno sea magnético

Los investigadores pueden conseguirlo, por ejemplo, eliminando átomos de carbono individuales o adsorbiendo hidrógeno en el grafeno.

Esto debe hacerse de forma muy controlada debido a una característica especial de la red cristalina del grafeno, que consta de dos subredes. Gonzales-Herrero et al. depositaron un único átomo de hidrógeno en el grafeno y utilizaron la microscopía de barrido en túnel para detectar el magnetismo en la subred que carece del átomo depositado (véase la perspectiva de Hollen y Gupta).

Se predice que los átomos de hidrógeno aislados adsorbidos en el grafeno inducen momentos magnéticos.

Aquí mostramos que la adsorción de un solo átomo de hidrógeno en el grafeno induce un momento magnético caracterizado por un estado de desdoblamiento de espín de ~20 milielectrones de voltios en la energía de Fermi.

Nuestros experimentos de microscopía de barrido en túnel (STM), complementados con cálculos de primeros principios, muestran que dicho estado de espín polarizado se localiza esencialmente en la subred de carbono opuesta a aquella en la que el átomo de hidrógeno está quimisorbida.

Los átomos de hidrógeno pueden manipularse con precisión atómica

Se predice que los átomos de hidrógeno aislados adsorbidos en el grafeno inducen momentos magnéticos.

Aquí mostramos que la adsorción de un solo átomo de hidrógeno en el grafeno induce un momento magnético caracterizado por un estado de división de espín de ~20 milielectrones de voltios en la energía de Fermi.

Nuestros experimentos de microscopía de barrido en túnel (STM), complementados con cálculos de primeros principios, muestran que dicho estado de espín polarizado se localiza esencialmente en la subred de carbono opuesta a aquella en la que el átomo de hidrógeno está quimisorbida.

Esta textura de espín atómicamente modulada, que se extiende varios nanómetros desde el átomo de hidrógeno, impulsa el acoplamiento directo entre los momentos magnéticos a distancias inusualmente grandes.

Al manipular los átomos de hidrógeno con precisión atómica mediante la punta del STM, es posible adaptar el magnetismo de regiones de grafeno seleccionadas.