El martes, 19 de junio, recibimos a 11 estudiantes que van a realizar las prácticas en nanoGUNE este verano. El director del centro, Jose M. Pitarke les dio la bienvenida con una breve charla sobre el recorrido de nanoGUNE, a la que también acudieron las investigadoras e investigadores que dirigirán sus proyectos.

Los 11 estudiantes vienen de diferentes universidades, entre las que están la Universidad Pública del País Vasco (UPV/EHU), Tecnun, la Universidad de Barcelona (UB) y la Universidad Autónoma de Barcelona (UAB). El programa de prácticas de verano de NanoGUNE les ofrece una experiencia real para que puedan conocer en qué consiste el trabajo de investigación y poder así decidir mejor sobre su futuro profesional.

El grupo de estudiantes colaborará y aprenderá en los diferentes grupos de investigación de nanoGUNE, como por ejemplo el de nanoóptica, nanodispositivos o nanomagnetismo. Durante dos meses, llevarán a cabo un proyecto siguiendo las técnicas y anotaciones de los investigadores de sus grupos.

Algunos de ellos comenzaron las prácticas a principios de mes y cuentan que, desde el principio, han estado muy involucrados en el trabajo de grupo. “La verdad es que hemos empezado muy de golpe, el primer día me llevaron ya al laboratorio”, comenta Amaia Ochandorena, estudiante de Bioquímica y Biología Molecular de la UPV/EHU.

Todos los estudiantes conocían CIC nanoGUNE de antemano y destacaron que, “es un centro de investigación importante” que “ofrece o trabaja con temas de mucho interés”.

Tanto a estos como a estudiantes de grado en general, nanoGUNE les ofrece la posibilidad de entrar en contacto con el centro para la realización de Trabajos Fin de Grado (TFG) o Trabajo Fin de Máster (TFM), para los que además publica una convocatoria de ayudas todos los años.

Albert Fert, French physicist and winner of the Nobel Prize in Physics in 2007, is one of the discoverers of giant magnetoresistance, a physical effect that revolutionised hard disk technology, allowing a huge increase in its capacity. His research enabled the capacity and applications of the hard disk drive to be in

A pathway for magnetic-field-free, voltage-based switching of magnetism has been proposed using magnetoelectric materials that exhibit more than one of the primary ferroic properties in the same phase.

Encontrar un sustituto para la actual tecnología electrónica que pueda hacerla más pequeña, más rápida y, lo más importante, energéticamente más eficiente -es decir, que consuma menos- es un desafio global. En los últimos años, Fèlix Casanova y su equipo de nanoGUNE trabajan, en colaboración con la multinacional Intel, en un proyecto de investigación cuyo objetivo es mejorar el rendimiento y el ahorro energético de las computadoras del futuro optimizando la tecnología MESO.

CIC nanoGUNE ha lanzado la convocatoria del Programa de Prácticas de Verano que organiza anualmente; ofrece a estudiantes de la universidad la oportunidad de conocer de primera mano la actividad de un centro de investigación de referencia a nivel mundial.

In graphene, spin currents can live much longer than they can in other materials, making the material an ideal platform for future spintronic devices. But there is a problem: To manipulate graphene’s spin currents, researchers need to apply a magnetic field to the material.

Encontrar un sustituto para la actual tecnología en la electrónica que pueda ser más pequeña, más rápida y, lo más importante, con menos consumo de energía es un desafío global. En los últimos años, Fèlix Casanova y su equipo de nanoGUNE trabajan, en colaboración con la multinacional Intel, en la lógica MESO, una nueva tecnología que combina memoria, interconexiones y requerimientos lógicos para las futuras necesidades de computación.

Es destacable, también, que el programa europeo FET-OPEN es una convocatoria muy competitiva, pues de los 902 proyectos presentados solo 58 han sido financiados (6,6%) en toda Europa.

La financiación para estos tres proyectos es de más de 1,5 millones de euros, de los que 747.000 € corresponden al proyecto bioUPGRADE en el que participa Raúl Pérez-Jimenez; 390.625 € son para el proyecto INTERFAST en el que colabora Luis Hueso; y 375.000 € corresponden al proyecto SINFONIA en el que participa también por Luis Hueso.

Los investigadores de nanoGUNE afirman que “los proyectos SINFONIA e INTERFAST nos permiten continuar explorando las propiedades de los materiales orgánicos en el campo de la electrónica más competitiva, así como acercar nuestras propuestas de investgación básica a dispositivos comerciales con la ayuda de empresas lideres”. Asimismo, el proyecto BioUPGRADE, “posibilita el empleo de la biotecnología para la transformación de los recursos naturales en una nueva generación de biomateriales “high-tech””.

SINFONIA

El objetivo principal del proyecto SINFONIA (Selectively activated INFOrmation technology by hybrid Organic Interfaces) coordinado por Luis Hueso, es desarrollar una tecnología que permite almacenar y transportar información a escala nanométrica operando en el régimen ultra-rápido de THz, más allá de los procesadores convencionales actuales. SINFONIA propone un enfoque completamente nuevo de la tecnología de la información.

BioUPGRADE

El proyecto BioUPGRADE (Biocatalytic upgrading of natural biopolymers for reassembly as multipurpose materials) coordinado por Raúl Pérez-Jiménez, une los avances de la genómica, ingeniería de proteínas y la ciencia de los materiales para la transformación de los principales biopolímeros de la naturaleza en biomateriales de alto rendimiento con multitud de aplicaciones, desde energía a medicina.

INTERFAST

El proyecto INTERFAST (Gated INTERfaces for FAST information processing) coordinado por Luis Hueso desarrollará una novedosa plataforma tecnológica para controlar la respuesta magnética de un material por medio de pulsos eléctricos y, de esta manera, proponer nuevas formas de almacenamiento ultradenso de información .

SPEAR ha sido seleccionado por la Comisión Europea para su financiación dentro de su programa ITN. El proyecto, de 4 años de duración, recibirá cerca de 4 millones de euros con los que se financiará, principalmente, la contratación y formación de alto nivel de 15 investigadoras e investigadores predoctorales. SPEAR está liderado por Fèlix Casanova, investigador Ikerbasque del grupo de Nanodispositivos de nanoGUNE.

“El objetivo de la investigación es buscar nuevos materiales con un fuerte acoplamiento espín-órbita, estudiar nuevos fenómenos asociados a estos materiales y desarrollar dispositivos basados en estos fenómenos para la próxima generación de memorias y procesadores para computacion”, señala el responsable del proyecto en nanoGUNE. “A diferencia de la memoria RAM convencional, en la próxima generación de memorias, tales como las MRAM (Magnetic Random Access Memory), los datos no se almacenan como carga eléctrica o flujos de corriente, sino por medio de elementos de almacenamiento magnético. Asimismo, tenemos varias tecnologias candidatas a sustituir los actuales microprocesadores con transistores de silicio, tales como la lógica con espín o lógica MESO, el aprendizaje automático o la computación neuromórfica, que se beneficiarían de estos nuevos materiales”, añade Fèlix Casanova.

Encontrar un sustituto para la actual tecnología CMOS en la electrónica que pueda ser más pequeña, más rápida y, lo más importante, con menos consumo de energía es un desafío global. Recientemente, Intel propuso lo que ellos llaman la lógica "MESO", una nueva tecnología que combina memoria, interconexiones y requerimientos lógicos para las futuras necesidades de computación, lo que podría permitir mantener la ley de Moore más allá de la CMOS y al mismo tiempo ser más eficiente en cuanto al consumo de energía.

Para probar la viabilidad de esta tecnología disruptiva, Intel y nanoGUNE han estado uniendo fuerzas en el último año y medio. "El elemento central de la lógica de MESO tiene dos partes activas. Una parte "lee" la información de la memoria (un bit magnético), que utiliza un efecto único conocido como "efecto Hall de espín". La otra "escribe" el bit magnético utilizando el efecto magnetoeléctrico de ciertos materiales", explica el investigador Ikerbasque Fèlix Casanova, que dirige el proyecto "MESO" en nanoGUNE. Mientras que el equipo de investigación de componentes de Intel ha propuesto esta tecnología, el grupo de nanodispositivos de nanoGUNE es un experto de renombre mundial en el “efecto Hall de espín". "Según los cálculos del equipo de Intel, necesitamos que las dos partes funcionen con el mismo voltaje para que el circuito funcione: 0,1 voltios. El mayor problema es que los dispositivos anteriores que utilizaban este “efecto Hall de espín” sólo podían proporcionar 10 nanoVoltios, es decir, 10 millones de veces menos. El gran desafío es, por lo tanto, aumentar este voltaje de salida para la parte de "lectura""", añade Casanova.

Ahora, los primeros resultados de este trabajo han sido publicados en la revista Nature Electronics. El grupo de nanoGUNE e Intel ha sido capaz de aumentar 10.000 veces este voltaje, simplemente usando un mejor diseño pero con el material estándar para este efecto, el platino. Aunque todavía no han alcanzado el valor final para que esta tecnología funcione, revelan diferentes caminos para conseguirlo. En primer lugar, la señal que da el dispositivo que han diseñado se escala cuando se reducen las dimensiones, lo cual es un requisito para que cualquier tecnología se introduzca en el mercado (de lo contrario la miniaturización no sería posible). En segundo lugar, identifican la función exacta de los materiales del dispositivo y estiman que ciertos materiales (como los aislantes topológicos recientemente descubiertos) tienen las propiedades necesarias que deberían permitirles salvar la diferencia restante de 1.000 veces de mejora para el objetivo de 0,1 voltios. Estos resultados, por lo tanto, acercan la tecnología MESO un paso más a la realidad.

A través de este programa, el centro vasco de investicación en nanociencia acogerá este verano en torno a diez nuevos estudiantes de 3º y 4º curso de Física, Química, Biología e Ingeniería. Durante un periodo de mes y medio o dos meses, los jóvenes colaborarán con investigadores de nanoGUNE en sus proyectos de investigación, en temas como los fenómenos de electrón/espín y magnetismo, óptica en la nanoescala, materiales en la nanoescala y nanobioingeniería, entre otros.

Los estudiantes interesados deben presentar su solicitud online para participar en el programa de prácticas de verano en la página web de nanoGUNE, y la fecha límite para hacerlo es el 16 de febrero. Toda la información relativa a la convocatoria está disponible en la página web de nanoGUNE (www.nanogune.eu)

En esta tesis se estudia el efecto Hall de espín, un efecto que ocurre en metales con acoplamiento espín-órbita y permite convertir corrientes de carga en corrientes de espín y viceversa. Estas conversiones son de gran interés tecnológico, ya que poseen potencial para ser usadas en el proceso de escritura de memorias magnéticas (como las MRAM) o en el de su lectura (como en circuitos lógicos basados en el espín, una reciente propuesta de Intel). En esta investigación se han desvelado los mecanismos que contribuyen a este efecto en algunos metales como el platino (Pt) o el tantalio (Ta), lo que ha permitido mostrar cómo aumentar la eficiencia de dicha conversión. También se ha combinado el platino (Pt) con grafeno para conseguir un dispositivo que convierte corrientes de espín en las de carga eficientemente.

El efecto Hall de espín está relacionado con el efecto Hall anómalo, conocido desde el siglo XIX pero poco entendido hasta hace poco. En la segunda parte de la tesis se ha evidenciado que en los materiales ferromagnéticos esta relación es más compleja de lo que se creía.

Edurne Sagasta

Edurne Sagasta estudió Fisica en la UPV/EHU y después de realizar el master en Nanociencia y Materiales Avanzados de esta misma universidad, comenzó su tesis doctoral en nanoGUNE. “Después de estudiar Física en la universidad, quería hacer algo que resultara más práctico. Al mismo tiempo, quería estar involucrada en algún proyecto con más gente, tener la oportunidad de visitar distintos laboratorios del mundo; en resumidas cuentas, comenzar un proyecto de investigación”, señala la investigadora. “Una vez finalizada la tesis doctoral, decidí dar el salto al mundo de la industria y actualmente estoy trabajando en la compañia Mondragon Assembly”, indica.

Investigadores de nanoGUNE, en colaboración con el ICFO y Graphenea, proponen una plataforma tecnológica basada en antenas metálicas que permiten atrapar y controlar la luz en grafeno, un material de un solo átomo de espesor. Los experimentos muestran que la luz guiada en el grafeno, extremadamente confinada al mismo, puede ser dirigida y curvada, siguiendo los principios fundamentales de la óptica convencional. Por tanto, el trabajo, publicado ayer en la prestigiosa revista científica Science, abre nuevas oportunidades para el desarrollo de dispositivos y circuitos fotónicos más pequeños y más rápidos.

Los circuitos y dispositivos ópticos podrían realizar el procesamiento de señales y la computación mucho más rápidamente. "Sin embargo, aunque la luz es muy rápida, necesita demasiado espacio", explica Rainer Hillenbrand, profesor Ikerbasque en nanoGUNE y la UPV/EHU. De hecho, la propagación de la luz necesita al menos el espacio de la mitad de su longitud de onda, que es mucho más grande que los componentes electrónicos básicos de última generación en nuestros ordenadores. Por esa razón, surge el desafío de comprimir la luz y controlar su propagación en la nanoescala a través de un material dado.

El asombroso grafeno, material de una sola capa de átomos de carbono con propiedades extraordinarias, puede ser la solución. La longitud de onda de la luz capturada por una capa de grafeno puede ser reducida considerablemente, en un factor de 10 a 100, en comparación con la luz que se propaga en el espacio libre. Como consecuencia, esta luz que se propaga a lo largo de la capa de grafeno —llamada plasmón del grafeno— requiere mucho menos espacio.

Sin embargo, la transformación de manera eficiente de la luz en plasmones del grafeno y su manipulación con un dispositivo compacto es todo un reto tecnológico. Un equipo de investigadores de nanoGUNE, ICFO y Graphenea —miembros del Grafene Flagship de la UE— demuestra ahora que el concepto de antena comúnmente utilizado para las ondas de radio podría ser una solución prometedora. El equipo muestra que una barra de metal de tamaño nanométrico colocada sobre el grafeno puede captar luz infrarroja (actúando como una antena para la luz) y transformarla en plasmones del grafeno, de forma análoga a una antena de radio que convierte las ondas de radio en ondas electromagnéticas en un cable metálico.

"Presentamos una plataforma tecnológica versátil, basada en antenas ópticas resonantes, para el lanzamiento y el control de la propagación de plasmones del grafeno, lo que representa un paso esencial para el desarrollo de circuitos plasmónicos con grafeno", comenta el líder del equipo, Rainer Hillenbrand. Pablo Alonso-González, quien llevó a cabo los experimentos en nanoGUNE, destaca algunas de las ventajas que ofrece el dispositivo de antena: "La excitación de los plasmones del grafeno es puramente óptica, el dispositivo es compacto y la fase y los frentes de onda de los plasmones se pueden controlar directamente mediante la adaptación de la geometría de las antenas. Esto es esencial para el desarrollo de aplicaciones ópticas basadas en el enfoque y guiado de luz".

Representación gráfica de la refracción de los plasmones del grafeno - puesta en marcha por una antena de oro minúsculo - al pasar por un prisma de un solo átomo de espesor (nanoGUNE).

El equipo de investigación también realizó estudios teóricos. Alexey Nikitin, Ikerbasque Fellow en nanoGUNE y autor de los cálculos, explica que "de acuerdo a la teoría, la operación de nuestro dispositivo es muy eficiente, y todas las futuras aplicaciones tecnológicas dependerán, esencialmente, de las limitaciones en la fabricación y la calidad del grafeno".

Basándose en los cálculos de Nikitin, el grupo de Nanodispositivos de nanoGUNE, liderado por los investigadores Ikerbasque Luis Hueso y Félix Casanova, fabricó nanoantenas de oro sobre grafeno proporcionado por Graphenea. Posteriormente, el grupo de Nanoóptica utilizó el microscopio de campo cercano NEASPEC para visualizar cómo los plasmones del grafeno se ponen en marcha y se propagan a lo largo de la capa de grafeno. En las imágenes, los investigadores vieron que, efectivamente, las ondas sobre el grafeno se propagan lejos de la antena, de la misma forma que se propagan las olas en una superficie de agua cuando se lanza una piedra a la misma.

Con el fin de probar si la propagación de luz a lo largo de una capa de carbono de un solo átomo de grosor sigue las leyes de la óptica convencional, los investigadores diseñaron distintos experimentos para enfocar y refractar la luz. Para el experimento de enfoque, curvaron la antena. Las imágenes resultantes mostraron que los plasmones del grafeno se concentran a una cierta distancia de la antena, como cuando un haz de luz se focaliza con una lente o espejo cóncavo. 

El grupo también observó que los plasmones del grafeno se refractan (cambian de dirección) cuando pasan a través de una doble capa de grafeno en forma de prisma, de forma análoga a como se flexiona un haz de luz al pasar a través de un prisma de cristal. "La principal diferencia es que el prisma de grafeno es de solo dos átomos de espesor. Es el prisma óptico refractor más delgado que se conoce", dice Rainer Hillenbrand. Curiosamente, los plasmones del grafeno cambian de dirección porque la conductividad es mayor en el prisma de dos átomos de espesor que en la capa de un solo átomo que lo rodea. En el futuro, tales cambios de conductividad en el grafeno podrían ser establecidos por medios electrónicos simples, lo que permitiría un control altamente eficiente de la refracción, entre otros, para aplicaciones de guiado de luz.

En definitiva, los experimentos muestran que los principios fundamentales y más importantes de la óptica convencional también se aplican a los plasmones del grafeno, es decir, a luz extremadamente comprimida que  se propaga a lo largo de una sola capa de átomos de carbono. Los futuros desarrollos basados en estos resultados podrían conducir a circuitos y dispositivos ópticos extremadamente miniaturizados que podrían ser útilizados en aplicaciones de detección y computación.

Publicación original

P. Alonso-González1, A.Y. Nikitin1,5, F. Golmar1,2, A. Centeno3, A. Pesquera3, S. Vélez1, J. Chen1, G. Navickaite4, F. Koppens4<, A. Zurutuza3, F. Casanova 1,5, L.E. Hueso 1,5 and R. Hillenbrand 1,5. “Controlling grapheme plasmons with resonant metal antennas and spatial conductivity patterns” Science (2014), DOI: 10.1126/science.1253202

• CIC nanoGUNE, 20018 Donostia-San Sebastián, Spain.
• I.N.T.I-CONICET and ECyT-UNSAM, San Martín, Bs. As., Argentina.
• Graphenea SA, 20018 Donostia-San Sebastián, Spain.
• ICFO-Institut de Ciéncies Fotoniques, Mediterranean Technology Park, 08860 Casteldefells, Barcelona, Spain.
• IKERBASQUE, Basque Foundation for Science, 48011 Bilbao, Spain.

Las ondas ópticas que se propagan desde una fuente puntual normalmente exhiben frentes de onda circulares. “Como las ondas en una superficie de agua cuando se arroja una piedra”, explica Peining Li, investigador postdoctoral en nanoGUNE y primer autor del artículo. La razón de esta propagación circular es que el medio a través del cual viaja la luz es típicamente homogéneo e isótropo, es decir, uniforme en todas las direcciones.

Los científicos ya habían predicho teóricamente que determinadas superficies estructuradas pueden poner la luz “patas arriba” cuando se propaga a lo largo de ellas. “En estas superficies, conocidas como 'metasuperficies hiperbólicas', las ondas emitidas por una fuente puntual viajan sólo en determinadas direcciones y además, con frentes de onda abiertos (cóncavos)”, explica Javier Alfaro, estudiante de doctorado en nanoGUNE y coautor del artículo. Debido a su propagación direccional y a que su longitud de onda es mucho más pequeña que la de la luz en el espacio libre o en fibras ópticas, estas ondas podrían ayudar a miniaturizar los dispositivos ópticos para la detección y el procesamiento de señales.

Ahora, los investigadores han desarrollado una metasuperficie para la luz infrarroja. Esta metasuperficie está hecha de nitruro de boro, un material bidimensional similar al grafeno, que posee una extraordinaria capacidad para manipular la luz infrarroja a escalas extremadamente pequeñas. Esta propiedad puede ser empleada para el desarrollo de sensores químicos miniaturizados o para el control de la transmisión de calor en nanodispositivos. Por otro lado, han logrado observar por primera vez frentes de onda cóncavos en el infrarrojo gracias a un microscopio óptico muy especial.

La fabricación de metasuperficies hiperbólicas es compleja ya que requiere de una estructuración extremadamente precisa de dimensiones nanométricas. Irene Dolado, estudiante de doctorado en nanoGUNE, y Saül Velez, ex investigador postdoctoral en nanoGUNE (ahora en ETH Zürich), han superado este reto utilizando técnicas avanzadas como la litografía por haz de electrones y el grabado en pequeñas láminas de nitruro de boro de alta calidad proporcionado por la Universidad Estatal de Kansas. “Después de varias optimizaciones, hemos logrado la precisión requerida y hemos obtenido una rejilla con un espaciado tan pequeño como 25 nm“, apunta Irene Dolado. “Los mismos métodos de fabricación también se pueden aplicar a otros materiales y podrían utilizarse para realizar metasuperficies artificiales con propiedades ópticas a medida”, añade Saül Vélez.

De la teoría a la realidad 

Para observar cómo se propagan las ondas en la metasuperficie, los investigadores han usado una técnica de nanoimagen infrarroja de vanguardia que ha sido desarrollada por el propio grupo de Nanoóptica de nanoGUNE. Primero colocaron una nanoantena de oro sobre la metasuperficie. “De este modo, la nanoantena genera ondas de la misma manera que lo hace una piedra cuando la tiramos al agua”, comenta Peining Li. La nanoantena concentra la luz infrarroja incidente en un pequeño foco que lanza las ondas que se propagan sobre la metasuperficie. Los investigadores tomaron las imágenes de las ondas utilizando un microscopio óptico de barrido de campo cercano (s-SNOM). “Fue increíble ver las imágenes. Mostraban la curvatura cóncava de los frentes de onda que se propagaban desde la nanoantena de oro, exactamente tal y como predice la teoría”, dice Rainer Hillenbrand, investigador Ikerbasque en nanoGUNE, quien ha dirigido la investigación.

Estos prometedores resultados abren la puerta a la utilización de otros exóticos materiales bidimensionales como plataforma para realizar nanocircuitos y metasuperficies hiperbólicas. Además, demuestran que la microscopía de campo cercano puede emplearse para revelar fenómenos ópticos en materiales anisótropos y en metasuperficies.

La investigación ha sido financiada principalmente por subvenciones individuales de las acciones Marie Sklodowsca-Curie de la Unión Europea y los programas de becas de investigación predoctoral del Gobierno Vasco y el Gobierno Español, así como de la Nacional Science Foundation americana, y se ha llevado a cabo en consonancia con los proyectos de nanoGUNE dentro de la iniciativa europea Graphene Flagship.

Las Redes de Formación de la Unión Europea aúnan universidades, centros de investigación y empresas de varios países del mundo para formar a una nueva generación de investigadores. Esta subvención fomenta la excelencia científica y la innovación empresarial, así como las perspectivas de carrera de los investigadores mediante el desarrollo de sus habilidades emprendedoras, creativas e innovadoras.

Estas redes están dirigidas a la formación de jóvenes investigadores denominados ESR —Early Stage Resercher—, investigadores que no hayan obtenido el título de doctor y estén en sus primeros 4 años de investigación. En 2018, nanoGUNE acogerá cuatro investigadores ESR, quienes participarán en los proyectos QuESTech y HYCOAT en los grupos de Nanodispositivos y Nanomateriales de nanoGUNE, respectivamente. La convocatoria para solicitar alguna de estas cuatro becas está aún abierta en la página del centro www.nanogune.eu. Estos jóvenes investigadores se formarán en los campos de la electrónica cuántica y los recubrimientos híbridos.

QuESTech

El grupo de Nanodispositivos de nanoGUNE participa en el proyecto “Quantum Electronics Science and Technology training”, con el acrónimo QuESTech, que creará una red europea de expertos para ofrecer una formación de vanguardia a jóvenes investigadores en el campo de la electrónica cuántica. El objetivo principal de este proyecto será construir, estudiar y clasificar los dispositivos electrónicos cuánticos. QuESTech formará 15 jóvenes investigadores en los subcampos de la espintrónica, electrónica única, puntos cuánticos y termodinámica cuántica. Los proyectos de investigación individuales incluirán desarrollos tecnológicos como el crecimiento de nanomateriales, nanoestructuración, microscopía de campo cercano, medición de transporte bajo condiciones extremas y cálculos teóricos. Varios de los resultados de QuESTech ya han sido identificados como de interés comercial para la emergente industria de la electrónica cuántica.

HYCOAT

Las películas delgadas de materiales híbridos diseñados a escala molecular pueden permitir avances en varias áreas relevantes como el envasado y encapsulado, la electrónica, las baterías y las aplicaciones biomédicas. La Deposición de Capa Molecular (MLD, Molecular Layer Deposition) es la técnica de deposición ideal para el crecimiento de películas híbridas ultradelgadas, uniformes y con un control preciso y flexible sobre el espesor de la película y la composición química a escala molecular. El objetivo de la Red Europea de Formación HYCOAT, en la que participa el grupo de Nanomateriales de nanoGUNE, está enfocada a crear un grupo de jóvenes investigadores bien formados que tengan un conocimiento profundo de todos los aspectos de la tecnología MLD, así como una amplia visión sobre el potencial de aplicación de los recubrimientos híbridos.

Según explica Jose María Pitarke, Director de nanoGUNE, “estos proyectos aportan prestigio internacional, tanto para el investigador predoctoral (que va a formarse en un grupo excelente) como para la institución de acogida (que recibe investigadores internacionales con uno de los programas de doctorado más competitivos de Europa)”. “Además —apunta Pitarke—, el hecho de formar parte de estos proyectos abre las puertas a otros proyectos futuros. Es un punto fuerte muy valorado por la Comisión Europea y los revisores a la hora de conceder financiación”. Por último, “permite establecer nuevas redes de contacto, beneficiosas para los jóvenes investigadores, ya que se establecen fuertes enlaces con las instituciones del consorcio, el cual puede continuar y aportar beneficios una vez acabado el programa”, añade.

Según explica el investigador de nanoGUNE, “el dispositivo es simplemente una célula fotovoltaica fabricada con un material orgánico —fullereno C60— y electrodos magnéticos de cobalto y de níquel”. El fullereno C60, conocido como Buckyball, es una molécula con forma de balón formada por 60 átomos de carbono. Por otro lado, los electrodos magnéticos producen corriente con una propiedad añadida llamada espín. La combinación de ambos no es casual, ya que el fullereno es conocido por ser un material fotovoltaico que podría permitir controlar la orientación del espín. El uso y control de esta propiedad permite aumentar la eficiencia de la célula solar, que es así capaz de generar una mayor corriente. Según explica Hueso, “las células solares habituales tienen los espines ‘desordenados’ y nosotros, gracias al magnetismo, hemos conseguido ‘ordenarlos’ de forma que una mayor corriente pueda ser recogida”. Los investigadores han comprobado que el uso de este tipo de electrodos incrementa un 14 % la eficiencia fotovoltaica del dispositivo.

El dispositivo tiene otra ventaja añadida, ya que ha demostrado ser capaz de generar directamente corriente alterna, mucho más útil en aplicaciones que la corriente continua que generan las células solares habituales, ya que no requiere del uso de transformadores. “La inversión de corriente se produce en el propio dispositivo cuando los electrones creados por la luz interaccionan con los contactos magnéticos que tienen los espines ‘ordenados’”, explica Hueso.

Si bien es cierto que los investigadores han demostrado que el uso de electrodos magnéticos permite aumentar la eficiencia de las células fotovoltaicas, sostienen que todavía están lejos de conseguir una célula fotovoltaica óptima. Con ese objetivo están trabajando en la construcción de dispositivos similares utilizando materiales orgánicos que ya han demostrado ser más eficientes que el fullereno. El investigador afirma que “en el futuro será posible construir un dispositivo comercial que actúe como módulo solar y produzca corriente alterna directamente”.

Este trabajo es el resultado de una investigación financiada por el Gobierno Vasco, por el Ministerio de Economía y Competitividad de España y por la Unión Europea a través del European Research Council.

Este proyecto parte de otro anterior llamado SPINTROS, que fue dotado con 1,3 millones de euros por la ERC mediante el programa Starting Grant, en el que se estudiaron nuevos materiales y funciones para diseñar y desarrollar nuevos dispositivos electrónicos basados en semiconductores orgánicos.

El objetivo del grupo, ahora, es desarrollar y comercializar un prototipo de medición de la potencialidad de las moléculas orgánicas para aplicaciones electrónicas: FAST and accurate Testing of Organic Material – FAST TestOM. “Se trata de un pequeño equipo con el que, por ejemplo, productores de pantallas OLED podrán medir de manera fácil, rápida y económica el comportamiento de diferentes moléculas orgánicas al emitir luz”, explica Luis Hueso, líder del grupo Nanodispositivos.

Las pantallas de muchos teléfonos móviles son de tipo OLED, organic light-emitting diode o diodo orgánico de emisión de luz. Se trata de una estructura basada en una capa electroluminiscente formada por una película de componentes orgánicos que reaccionan a un voltaje eléctrico, generando y emitiendo luz por sí mismos. Según el investigador, “con este prototipo podríamos saber más fácil y económicamente, qué tipo de molécula orgánica o polímero podrá emitir más luz, gasta menos energía, dura más, etc., con el consiguiente beneficio en la cadena de producción de dispositivos comerciales”.

NanoGUNE acaba de lanzar su convocatoria del Programa de Prácticas de Verano que organiza cada año.

Este año, ofrecemos 13 proyectos para estudiantes universitarios de 3º y 4º de Física, Química, Biología, Ingeniería y Matemáticas. Los estudiantes tendrá la oportunidad de conocer de cerca la actividad que se lleva a cabo en un centro de investigación puntero durante un mes y medio o dos meses en verano. Esta experiencia hace posible que que los jóvenes colaboren con investigadores de nanoGUNE en sus proyectos de investigación, en campos tan diversos como el nanomagnetismo, el autoensamblado, la nanobiomecánica, los nanodispositivos, los nanomateriales, la nanoimagen y la nanoingeniería.

Puede consultarse toda la información sobre estos proyectos, horarios, remuneración, etc., en la siguiente dirección: https://www.nanogune.eu/es/practicas-de-verano

Los interesados en participar en el proceso de selección deben enviar un correo electrónico a la dirección que figura en la página web antes del 5 de febrero, con su expediente académico y su curriculum vitae. Los alumnos seleccionados serán entrevistados el 17 o el 24 de febrero.

La radiación en el rango de frecuencias de los terahercios (THz) atrae un gran interés científico debido a su enorme potencial en las comunicaciones inalámbricas de próxima generación o en la obtención de imágenes no destructivas. Sin embargo, la generación, detección y control de la radiación de terahercios se enfrenta a numerosos desafíos tecnológicos. En particular, debido a las longitudes de onda relativamente largas (de 30 a 300 mm) de esta radiación, se requieren soluciones alternativas que permitan la integración de los dispositivos a la nanoescala.

En los últimos años, los plasmones de grafeno se han convertido en una plataforma muy prometedora para comprimir la radiación de terahercios. Se basa en la interacción de la luz con las oscilaciones colectivas de los electrones en el grafeno, dando lugar a las ondas electromagnéticas conocidas como plasmones. Los plasmones de grafeno se propagan con una longitud de onda extremadamente reducida y son capaces de concentrar campos eléctricos en dimensiones por debajo de la longitud de onda, al mismo tiempo que sus propiedades pueden ser controladas eléctricamente.

Ahora, investigadores del CIC nanoGUNE (San Sebastián, España), en colaboración con ICFO (Barcelona, España), IIT (Genova, Italia), Columbia University (Nueva York, Estados Unidos), Radboud University (Nijmegen, Paises Bajos), NIM (Tsukuba, Japón) y la empresa Neaspec (Martinsried, Alemania) han visualizado por primera vez plasmones a frecuencias de terahercios fuertemente comprimidos y confinados en un fotodetector basado en el grafeno. Para observar los plasmones, los investigadores registraron un mapa a la nanoescala de la fotocorriente en el detector mediante la exploración de la superficie con una punta metálica puntiaguda. La punta hizo la función de enfocar la iluminación incidente de THz a un tamaño de aproximadamente sólo 50 nm, que es aproximadamente 2000 veces menor que su longitud de onda. Esta nueva técnica de imagen, llamada nanoscopía de fotocorriente en terahercios, abre un nuevo horizonte para la caracterización de las propiedades optoelectrónicas de dispositivos trabajando en el rango espectral de los terahercios..

El equipo registró imágenes de la fotocorriente del detector de grafeno, mientras que este era iluminado con radiación de THz de alrededor de 100 m de longitud de onda. Las imágenes de fotocorriente mostraban oscilaciones que revelaban la propagación de plasmones de terahercios con una longitud de onda 50 veces más corta.

“"Al principio estábamos muy sorprendidos por lo extremadamente corta que era la longitud de onda del plasmón, ya que los plasmones de grafeno a frecuencias de terahercios están normalmente mucho menos comprimidos", dice el antiguo investigador del CIC nanoGUNE Pablo Alonso González, ahora en la Universidad de Oviedo, y primer autor del trabajo. "Logramos resolver el rompecabezas mediante estudios teóricos, que demostraron que los plasmones se acoplan al metal que se encuentra por debajo del grafeno", continúa. "Este acoplamiento conduce a una compresión adicional de los plasmones y a un confinamiento extremo del campo, que podría abrir una nueva vía hacia detectores más sensibles y compactos", añade Rainer Hillenbrand, Ikerbasque Research Professor y líder del Grupo de Nanoóptica del CIC nanoGUNE quien dirigió la investigación. Los plasmones también muestran una dispersión lineal - lo que significa que su energía es proporcional a su momento - lo que podría ser beneficioso para las tecnologías de la información y la comunicación. El equipo también analizó el tiempo de vida de los plasmones a frecuencias de terahercios, lo que demostró que la pérdida de energía de los plasmones de THz está determinado por las impurezas en el grafeno.

La nanoscopía de fotocorriente en terahercios se basa en el fuerte efecto fototermoeléctrico en el grafeno, que transforma el calor generado por los campos de THz, incluido el de los plasmones, en una corriente. En el futuro, este potente efecto termoeléctrico podría también aplicarse para la detección de plasmones en circuitos integrados basados en el grafeno. La técnica de nanoscopía de fotocorriente en terahercios podría encontrar otras potenciales aplicaciones más allá de la obtención de imágenes de plasmones, como por ejemplo, para estudiar en la nanoescala las propiedades optoelectrónicas de nuevos materiales 2D, de los gases de electrones 2D clásicos o de nanoestructuras semiconductoras.

_{Rainer Hillenbrand y Martin Schnell en el laboratorio de nanoGUNE en el que se ha llevado a cabo el experimento}

Los materiales hiperbólicos son sólidos muy especiales que se comportan como un metal en una dirección, dejando pasar la corriente, pero como un aislante en la dirección perpendicular. Hasta ahora, estos materiales han sido usados para fabricar nanoestructuras complejas que permiten la proyección de imágenes en longitudes de onda muy bajas, así como controlar la luz a escala nanométrica. Sin embargo, a fin de obtener todo el potencial de este nuevo tipo de materiales, es necesario estudiar y entender cómo se comporta la luz en su interior.

“La dificultad de los experimentos realizados consiste en la extremadamente corta longitud de onda de la luz cuando está dentro de un material hiperbólico”, explica el investigador Ikerbasque Rainer Hillenbrand, líder del grupo de Nanoóptica de nanoGUNE. “Cuando la luz está dentro de este tipo de material —en nuestro caso, el nitruro de boro—, viaja como algo que se conoce como un polariton, donde la luz se acopla a las vibraciones propias del material”

Estos polaritones se comportan como una espada de doble filo. Por un lado, comprimen la luz en volúmenes muy pequeños. Esto es útil para una amplia gama de aplicaciones que requieren la manipulación de la luz en espacios muy pequeños, como la detección y la identificación de moléculas individuales. Por otro lado, este enorme confinamiento requiere del desarrollo de técnicas especiales para observar su comportamiento.

Espacio y tiempo

Edward Yoxall, que llevó a cabo los experimentos en nanoGUNE junto con Martin Schnell, profundiza: “Debido a que la longitud de onda de un polariton es tan pequeña, no podemos utilizar los equipos de óptica “convencionales”, tales como las lentes y las cámaras, para obtener imágenes. Tenemos que utilizar un microscopio especial que es capaz de ver los detalles 1000 veces más pequeños que un microscopio de infrarrojos estándar”. Este microscopio visualiza “objetos” de tan sólo 10 nanómetros.

"“Pero no sólo es la resolución espacial la que hace que el seguimiento de polaritones sea un trabajo complicado” continúa Yoxall. “Si queremos observar cómo se mueve un polariton, tenemos que verlo en el espacio y en el tiempo. Esto se puede hacer mediante la emisión de destellos muy cortos de luz o pulsos, de una duración de tan solo 100 femtoseguntos (menos de una millonésima de una millonésima de segundo)”. Mediante el uso de estos destellos en combinación con un microscopio de campo cercano, los investigadores son capaces de observar los polaritones pasando por diferentes lugares a lo largo del nitruro de boro, lo que permite medir su velocidad.

Utilizando la información de espacio y tiempo que se recoge durante el experimento, los científicos dedujeron exactamente el recorrido del polariton y observaron algunos comportamientos intrigantes. "Hemos observado que la luz es más lenta en este material y que, además, puede viajar a 'contracorriente', es decir, que las ondas del polariton pueden viajar en dirección opuesta a su flujo de energía", subraya Hillenbrand.

“Sin duda uno de los resultados más interesantes es la velocidad a la que se mueve el polariton”, dice Yoxall. “Hay un gran interés en el estudio de la luz lenta, y lo que nosotros hemos mostrado en este trabajo es una nueva forma de conseguirla”. La luz lenta en estructuras fotónicas convencionales posee un gran potencial de aplicación en tecnologías de detección y comunicación, debido a la mejora de la interacción luz-materia. El enorme confinamiento de la luz al que se llega en estos materiales hiperbólicos podría ayudar a miniaturizar los dispositivos.

El grupo de Nanodispositivos de nanoGUNE es uno de los nueve socios del proyecto. Contribuirá con la fabricación y testeo de transistores con la tinta semiconductora aportada por otros colaboradores del consorcio. NanoGUNE se encargará también de la miniaturización de los dispositivos, teniendo en mente posibles aplicaciones electrónicas, como la electrónica portable. Para ello, recibirá 297.600€ para un periodo de 3 años.

La empresa Graphenea, creada en 2010 por nanoGUNE junto a un grupo de inversores privados, también participará en el proyecto. El equipo de investigación colaborativo se completará con seis socios europeos más: Centro Algoritmi de la Universidade do Minho (Braga, Portugal); el instituto ICMol de la Universitat de Valencia; la Technische Universität München (Munich, Alemania); la Katholieke Universiteit Leuven (Lovaina, Belgica); la Universität Wien (Viena, Austria); y University of Nottingham (Reino Unido).

Los proyectos FET-OPEN (Future and Emerging Technologies) de la Unión Europea apoyan líneas de investigación en fases iniciales, líneas basadas en ideas sobre las que puedan surgir nuevas tecnologías. Así, la iniciativa de la UE anima a científicos e ingenieros de múltiples disciplinas a cooperar en proyectos de investigación que promuevan avances científicos. Es destacable, también, que el programa europeo FET-OPEN (Future and Emerging Technologies) es una convocatoria muy competitiva, pues de los 643 proyectos presentados solo 24 han sido financiados (3,7%) en toda Europa.

Patentes

El desarrollo de tintas semiconductoras a partir de materiales bidimensionales con diferentes propiedades representará, según el coordinador del proyecto Aurelio Mateo-Alonso, “un importante avance en el campo de nuevos materiales para la próxima generación de aparatos electrónicos ultrafinos, como transistores, LEDs, células solares, fotodetectores…”. Los investigadores auguran, además, la presentación de patentes, dadas las posibilidades tecnológicas de 2D-INK y de la participación de una empresa privada.

Las becas serán de 3.000€ para todo el periodo del máster y no serán compatibles con otras ayudas o fondos que cubran el mismo fin. Los interesados deberán estar pre-inscritos y aceptados en los másteres mencionados para poder optar a estas ayudas. Los candidatos encontrarán toda la información sobre la oferta de proyectos de máster y el proceso para solicitar la beca siguiendo este enlace.

Además de las becas, nanoGUNE ofrece a los estudiantes de máster, de cualquier titulación de máster oficial, la posibilidad de desarrollar la tesis de máster dentro de uno de sus grupos de investigación.

Entre las categorías y subcategorías existentes en los premios, está la categoría de artículos de divulgación basados en tesis doctorales. Precisamente, han hecho mención especial al artículo de Estitxu Villamor titulado "Karga-garraiorik gabeko elektronika berria" (La nueva electrónica sin transporte de carga), ya que el jurado ha considerado digno de mención "el esfuerzo de la autora del artículo por exponer el tema de manera comprensible y atractiva, máxime tratándose de una cuestión muy técnica".

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Villamor defendió su tesis, titulada Injection, transport and manipulation of pure spin currents in metallic lateral spin valves, en diciembre de 2014.

GEFES celebrará la entrega de premios en julio del 2015, durante el simposio que organizará en la 25º Bienal de la Real Sociedad Española de Física que se celebra en Gijón (España). También ha sido premiado en esta edición Alejandro Manjavacas con el galardón a la Mejor Tesis Teórica por su projecto sobre “La interacción de la materia lumínica en la nano escala”, desarrollado en el Centro de Química Física "Rocasolano".

La tesis de Marco Gobbi describe la fabricación y caracterización de dispositivos espintrónicos basados en la combinación de capas finas de metales ferromagnéticos y moléculas de fullereno C60. Se centra en dos dispositivos espintrónicos basados en el C60: las válvulas de espín y los transistores magnéticos de efecto túnel. Concluye con la descripción de un dispositivo que permite un estudio más avanzado del transporte de espines en el fullereno C60.