Aplicaciones para nuevos materiales magnéticos

J.M. DE TERESA / P. ALGARABEL, INVESTIGACIÓN DEL CSIC J.M. DE TERESA / P. ALGARABEL, INVESTIGACIÓN DEL CSIC 05/05/2011

La medicina se nutre día a día de los avances en nuevas tecnologías, para conseguir que los diagnósticos y tratamientos sean cada vez más eficaces y sencillos. Los biosensores son un ejemplo claro de esta colaboración entre estas dos ramas del conocimiento.

Un biosensor nos permite detectar la presencia de una hormona, un virus, o un marcador tumoral. Sus aplicaciones van más allá del diagnóstico clínico, abarcan la seguridad agroalimentaria, la detección de contaminantes y la lucha contra el dopaje.

En el grupo de investigación, Magnetismo en Nanoestructuras y sus Aplicaciones, del ICMA (CSIC-UZ) y el INA, desarrollamos biosensores magnéticos en colaboración con las empresas de biotecnología y de diseño electrónico, Sallen Electrónica y CerTest Biotec.

Estos biosensores no solo detectan la presencia de una sustancia, sino que también miden la cantidad de ésta. Esto se consigue utilizando sensores de magnetorresistencia gigante, que detectan nanopartículas magnéticas. Estas nanopartículas están ligadas a un antígeno que atrapa el anticuerpo que queremos cuantificar, en una línea de un test de flujo lateral (tipo test de embarazo).

La Magnetorresistencia Gigante es un fenómeno que se produce en determinadas nanoestructuras magnéticas, en las que aplicando un campo magnético, se puede modificar su resistencia eléctrica.

Otra aplicación de este fenómeno en la que trabajamos en colaboración con la empresa Aragonesa de Componentes Pasivos, son los potenciómetros sin-contacto. Estos sistemas tienen múltiples aplicaciones industriales, por ejemplo en la industria del automovil, y los que estamos desarrollando, evitarían el desgaste por rozamiento y tendrían por tanto una vida útil más larga.

Otra de nuestras investigaciones sobre el magnetismo de nanoestructuras, se orienta hacia nuevos sistemas de procesado y almacenamiento de información, que nos permitan realizar un mayor numero de operaciones en menos espacio.

El magnetismo de un material se debe al movimiento de los electrones y cada átomo puede comportarse como un imán. Los átomos en un material magnético están agrupados en pequeñas regiones magnéticas llamadas dominios. Los átomos que forman un dominio tienen una misma orientación de campo magnético.

IBM trabaja desde hace algún tiempo en la memoria racetrack, que utiliza el movimiento a lo largo de nanohilos, de las paredes que separan estos dominios magnéticos. La Universidad de Cambridge, por su parte, también está desarrollando la lógica magnética, que nos permitirá previsiblemente procesar la información almacenada en las paredes de los dominios magnéticos.

Nosotros hemos conseguido estudiar la propagación de paredes magnéticas en un nanohilo de cobalto en forma de L. Nuestros estudios han demostrado que este nano-material es susceptible de ser aplicado para el almacenamiento o procesado de la información: en él es posible propagar paredes de dominio magnéticas, a bajo campo magnético, sin que se formen nuevas paredes.

Además, el método utilizado para conseguir este material, supone también un avance respecto a los sistemas tradicionales, porque se ha conseguido fabricar en una sola etapa, utilizando un microscopio electrónico de barrido y un gas precursor de cobalto.

Esta novedosa técnica se basa en la capacidad de un haz de electrones focalizado para disociar moléculas del gas, y hacer crecer materiales siguiendo la trayectoria de barrido del haz. Con este método hemos conseguido hacer crecer una gran variedad de nanoestructuras magnéticas de tamaño lateral tan pequeño como 29 nanómetros.

El haz de iones focalizado junto a otro gas precursor, en este caso de tungsteno, lo hemos usado también, para hacer crecer nanoestructuras que son superconductoras a baja temperatura. Los materiales superconductores son unos de los candidatos, para el desarrollo de la computación cuántica y nuestros estudios junto a la Universidad Autónoma de Madrid, sobre el comportamiento de estas estructuras, nos han proporcionado resultados de alto impacto.

Otro material que se espera aporte mejoras a la computación, es el grafeno. Nosotros estudiamos sus propiedades de conducción eléctrica y de conversión foto-voltaica. Este material, cuyo descubrimiento recibió el Premio Nobel de Física en 2010, presenta unas propiedades extraordinarias y en un futuro podría formar parte, entre otros, de circuitos y células solares.