Una visión espintrónica del efecto de las moléculas quirales
Los investigadores verificaron el efecto de selectividad de espín inducido por el espiral, es decir, la influencia de las moléculas quirales en el espín, utilizando técnicas analíticas espintrónicas
El papel de los electrones y su carga negativa en la corriente eléctrica está bien establecido. Los electrones también presentan otras propiedades intrínsecas que se asocian, por ejemplo, con un potencial considerable para mejorar los dispositivos de almacenamiento de datos: el espín o momento magnético del electrón. Hasta la fecha, sin embargo, la selección de espines específicos ha sido todo un reto. Por ejemplo, ha sido difícil seleccionar sólo los electrones con espín ascendente. Una forma de hacerlo sería hacer pasar una corriente a través de un ferromagneto, como el hierro. Así se generaría una corriente en la que la polarización del espín se alinearía con la dirección del campo magnético.
Giro filtrante con hélice
©: Angela Wittmann
La opción alternativa de inducir una corriente en moléculas quirales, es decir, moléculas que no tienen imágenes especulares superponibles, como las estructuras helicoidales, se ha debatido durante la última década. El resultado es una polarización del espín de aproximadamente el 60-70 por ciento, un nivel similar al alcanzado en materiales ferromagnéticos. Sin embargo, este enfoque sigue siendo objeto de debate e investigación.
Un sistema de una fina película de oro y moléculas quirales
Recientemente, investigadores de la Universidad Johannes Gutenberg de Maguncia (JGU) han podido confirmar la existencia de este efecto denominado selectividad de espín inducida por quiral (CISS). "Nuestro grupo investigó la influencia de las moléculas quirales utilizando métodos espintrónicos", subrayó la profesora Angela Wittmann, del Instituto de Física de la JGU. "No hicimos pasar la corriente de carga directamente a través de las propias moléculas quirales. En su lugar, creamos un sistema híbrido que consistía en una fina película de oro con moléculas quirales sobre ella. Aunque la mayor parte de la corriente fluye a través de la película de oro, la presencia de las moléculas quirales altera el estado del oro".
Los investigadores se interesaron por cómo la corriente de espín se convertía en una corriente de carga. En una película formada por oro puro, alrededor del tres por ciento de la corriente de espín se convierte en carga, independientemente de si el espín de los electrones está orientado hacia arriba o hacia abajo. Sin embargo, en el sistema hibridado de una capa de oro con moléculas quirales, el resultado es muy diferente. Si las moléculas de la superficie del oro son diestras, las corrientes con espín de electrones hacia arriba se convierten en carga de forma mucho más eficaz que las de espín hacia abajo. El resultado es exactamente el contrario si las moléculas de la superficie del oro son zurdas. El grado en que una corriente de espín se convierte en una corriente de carga depende, por tanto, de la quiralidad de las moléculas en la superficie del oro. "Además, el efecto es vectorial", explica Wittmann. Si la estructura helicoidal de una molécula quiral está dirigida hacia arriba, este efecto sólo se produce si el espín está más o menos en la misma dirección o completamente en sentido contrario". En cambio, si la dirección del espín no está alineada con la dirección en la que está dispuesta la estructura helicoidal, el efecto no se produce. En consecuencia, la dirección del espín y los ejes de la hélice deben corresponderse o ser exactamente contrarios entre sí.
"Nuestros resultados constituyen una importante contribución a la aceptación del efecto de selectividad del espín y, por tanto, a la influencia de las moléculas quirales sobre los espines", concluyó Wittmann.
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