Los problemas energéticos actuales que pasan por altas facturas de consumo eléctrico, tensiones regionales entre productores de gas y petróleo o el impacto del cambio climático, entre otros, hacen cada vez más necesaria una gestión racional del consumo de la energía.

Hasta ahora la microelectrónica - base de funcionamiento de ordenadores y toda clase de dispositivos electrónicos programables- ha estado y está fundada en el silicio y en la física de la carga del electrón que, aunque supusieron una evolución tecnológica sin precedentes, empiezan a mostrar signos de saturación por el gran consumo energético asociado.

La electrónica orgánica avanza como alternativa a la del silicio. “Se trata de un tipo te tecnología que reemplaza este último por materia orgánica cuya culminación supondría la eliminación de los costes de energía en la producción de ‘silicio electrónico’, además de otros minerales clave en su implementación que son escasos, por ejemplo, el litio”, señala el catedrático de Química Física de la UMA Juan Casado Cordón, que ha liderado un estudio en el que se indaga en las propiedades de moléculas basadas en carbono para una nueva versión de la electrónica orgánica, la espintrónica, entendida como la microelectrónica basada en el espín del electrón.

“El espín del electrón y sus propiedades físicas inherentes a su naturaleza mecano-cuántica han pasado a primera escena. La combinación de la carga y el espín del electrón constituyen un modo de expansión de la versatilidad y funcionalidad de los materiales electrónicos, dando lugar a la novedosa espintrónica”, explica el investigador de la UMA.

Este experto afirma que se ha descubierto cómo la estructura flexible de ciertas moléculas orgánicas es capaz de modular el estado de espín de todo el sistema molecular, a la vez, que se ha esclarecido un mecanismo térmico de empuje y retroceso del espín molecular por vibraciones –ciertos movimientos coordinados de átomos- del esqueleto del carbono.

“El hallazgo de estructuras orgánicas alternativas al silicio y capaces de modular su estado de espín puede representar, a través de la espintrónica, una necesaria solución a los problemas energéticos actuales”, asegura Casado Cordón.

Posible incorporación a dispositivos reales

Asimismo, en esta investigación, en la que también han participado la Universidad de Bolonia (Italia) y la Universidad de Ciencias y Tecnologías Electrónicas de China, se ha explorado otras propiedades intrínsecas de la materia, más allá de la carga eléctrica.

Los resultados de este estudio se han publicado en la revista científica ‘Nature Communications’. Para su desarrollo se ha contado con la Unidad de Espectroscopia Vibracional de los Servicios Centrales de Investigación. El joven investigador de la Facultad de Ciencias Sergio Moles ha llevado a cabo gran parte del trabajo experimental.

La búsqueda de otras moléculas orgánicas flexibles con mecanismos complementarios de acoplamiento espín-vibración y la posibilidad de polarizar electrones de otras moléculas vecinas en estado sólido, variando el estado de vibración, son otros de los objetivos a largo plazo de este equipo científico que, como último paso, apuesta por su incorporación a dispositivos reales.

Referencia bibliográfica:

Shen, Y., Xue, G., Dai, Y. et al. (2021). Normal & reversed spin mobility in a diradical by electron-vibration coupling.  Nat Commun 12, 6262 https://doi.org/10.1038/s41467-021-26368-8