¿Puede una sola molécula ofrecer una nueva perspectiva sobre el magnetismo a escala atómica?
08.01.2026
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La interacción entre el espín de una molécula de nickeloceno (Nc) en el vértice de una sonda STM y los espines de una molécula de nanografeno magnético permite determinar el estado fundamental magnético de la molécula. Imagen: Ben Lowe. |
- Investigadores de IMDEA Nanociencia desarrollan un nuevo tipo de microscopía de efecto túnel capaz de distinguir diferencias sutiles en los estados magnéticos.
- En colaboración con la Academia Checa de Ciencias, los investigadores funcionalizan la punta del STM con una molécula de niqueloceno, lo que permite revelar los mapas de espín de los nanografenos.
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Madrid, 8 de enero 2026. Los investigadores han demostrado recientemente una nueva y potente forma de distinguir diferencias sutiles entre estados magnéticos fundamentales, utilizando una forma avanzada de microscopía de sonda de barrido. En un estudio dirigido por científicos en el instituto IMDEA Nanociencia y la Academia Checa de Ciencias, el equipo emplea la microscopía de efecto túnel (STM) para discriminar entre distintos estados magnéticos fundamentales en nanografenos que son estructuralmente similares. La técnica utiliza una punta STM funcionalizada con una molécula de niqueloceno, lo que permite detectar las señales características únicas de cada estado magnético y obtener imágenes de las distribuciones de espín con precisión a escala atómica. El trabajo ha sido publicado por la revista Journal of the American Chemical Society.
Mezclando cosas: extracción de información magnética con niqueloceno
Las mediciones realizadas con STM implican el «salto» de electrones entre una sonda metálica con punta atómica y una muestra de interés a distancias inferiores al nanómetro. A esta proximidad, cuando el vértice de la sonda está recubierto con una molécula de niqueloceno, el espín del niqueloceno puede interactuar con los espines de una muestra magnética, lo que da lugar a una mezcla de sus propiedades magnéticas (mediante un proceso denominado acoplamiento de intercambio). La intensidad de este efecto puede controlarse cuidadosamente variando con precisión la distancia entre la sonda y la muestra.
Las propiedades magnéticas del niqueloceno en sí mismas se conocen bien. Por lo tanto, al comparar las propiedades magnéticas mezcladas del niqueloceno y una muestra magnética con los modelos, los autores pueden extraer información sobre las propiedades magnéticas de la propia muestra.
«Una de las cosas que más me gustan de este proyecto es que la clave del problema era encontrar un modelo de espín sencillo», explica el autor Diego Soler Polo, que recientemente ha finalizado su etapa como investigador postdoctoral en el grupo Nanosurf Lab del Instituto de Física (FZU) y ha comenzado a trabajar en IMDEA Nanociencia. «Y no solo una simulación ab initio compleja... aunque, por supuesto, también hicimos eso».
En este estudio, los autores compararon dos moléculas de nanografeno con estructuras casi idénticas. Las mediciones espectroscópicas con niqueloceno revelaron firmas sutilmente diferentes para cada molécula. Esto permitió a los investigadores concluir que, a pesar de su similitud estructural, las moléculas tienen diferentes estados magnéticos fundamentales.
Una porción de pi (del pastel)
Las moléculas de nanografeno de este estudio son ejemplos de una clase de materiales magnéticos conocidos como imanes π (pi). Algunos materiales basados en carbono presentan electrones deslocalizados dentro de los denominados estados π, como las dos posibles disposiciones de enlaces dobles y simples alternados en un anillo de benceno. A diferencia de los materiales magnéticos convencionales, cuyo magnetismo proviene de electrones no apareados en centros metálicos, los imanes π tienen espines que residen dentro de estos estados π deslocalizados.
«Los imanes π son una clase reciente de materiales cuya alta reactividad intrínseca dificulta enormemente su estabilización mediante los métodos sintéticos convencionales basados en química en solución», explica José I. Urgel, jefe de grupo en IMDEA Nanociencia. «Los avances en los protocolos sintéticos sobre superficies han permitido su síntesis por primera vez, lo que ha abierto la puerta a este nuevo campo del magnetismo».
La técnica del niqueloceno utilizada por los autores es especialmente útil para estudiar los imanes π. Además de determinar el estado magnético fundamental, también se puede utilizar para obtener imágenes de la distribución espacial de las propiedades magnéticas deslocalizadas a escala atómica.
¿Qué es lo siguiente?
La sensibilidad demostrada hacia estados magnéticos únicos y la resolución a escala atómica hacen del niqueloceno una herramienta prometedora para caracterizar materiales correlacionados. Además de permitir una mayor caracterización de los imanes π, esta técnica podría arrojar nueva luz sobre fases magnéticas más exóticas en materiales 2D.
El grupo de Urgel en IMDEA Nanociencia, expertos en magnetismo π, seguirá avanzando hacia nuevas fronteras en estos materiales. Además de las moléculas individuales, trabajarán en el magnetismo π en estructuras periódicas que tienen el potencial de ser plataformas sintonizables, flexibles y asequibles para realizar fenómenos cuánticos como base para nuevas tecnologías.
El estudio fue dirigido por investigadores del Instituto de Física de la Academia Checa de Ciencias (FZU) y del Instituto de Madrid de Estudios Avanzados en Nanociencia (IMDEA Nanociencia), junto con coautores de la Universidad de Posgrado del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa. El trabajo contó con el apoyo de la Unión Europea, la Agencia de Subvenciones de la República Checa, el Ministerio de Educación, Juventud y Deportes de la República Checa, la Comunidad de Madrid, el Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades de España y la Sociedad Japonesa para la Promoción de la Ciencia, la acreditación de Excelencia Severo Ochoa otorgada a IMDEA Nanociencia (CEX2020-001039-S).
Glosario:
- Nanografeno: una nanoestructura o pieza fabricada a partir de grafeno —una lámina de átomos de carbono entrelazados en forma hexagonal— con un tamaño típico inferior a 100 nm.
- Microscopía de efecto túnel: es un tipo de microscopía que permite obtener imágenes de superficies a nivel atómico, utilizando el efecto túnel. La STM detecta la superficie utilizando una punta afilada; cuando la punta se acerca mucho a la superficie, se aplica un voltaje entre ambas que permite a los electrones atravesar el vacío que las separa. La imagen se obtiene monitorizando la corriente mientras la punta escanea la superficie.
- Niqueloceno: compuesto organometálico con fórmula Ni(C5H5)2, en el que el ion metálico se encuentra entre dos anillos paralelos de ciclopentadienilo. Es un sólido paramagnético de interés para la investigación académica, en este trabajo, como punta para estudios STM.
Referencia:
Enlace al repositorio IMDEA Nanociencia: https://hdl.handle.net/20.500.12614/4155
Contacto:
José Ignacio Urgel
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https://scanlab.es/
Twitter/X: @nacho_urgel
Oficina de Divulgación y Comunicación en IMDEA Nanociencia
divulgacion.nanociencia [at]imdea.org
Fuente: IMDEA Nanociencia.
El Instituto IMDEA Nanociencia es un centro de investigación interdisciplinar en Madrid dedicado a la exploración de la nanociencia y el desarrollo de aplicaciones de la nanotecnología en relación con industrias innovadoras. IMDEA Nanociencia es un centro de Excelencia Severo Ochoa desde 2017, máximo reconocimiento a la excelencia investigadora a nivel nacional.