Simulación Computacional | Física Experimental
07 – 2018
La motivación del proyecto fue dar aportes que encaminasen el desarrollo de dispositivos espintrónicos compuestos por materiales 2D. Es decir, se analizaron sistemas que presenten efectos magnéticos de transporte, para analizar la viabilidad de transportar y guardar información con esos efectos.
El proyecto inicio con una colaboración con PhD. Albert Fert, Premio Nobel de Fís. (2007), tal que el enfoque principal era experimental.
En la UNAM se sintetizo el grafeno. El grafeno creció sobre superficies de cobre, cobre que tiene que ser removido con ácido (liquido amarillo).
Después de remover el cobre, el grafeno era colocado en un sustrato o en un dispositivo espintrónico.
Los dispositivos fueron sintetizados en Francia, en México se les colocaba el grafeno y eran regresados a Francia, pero sufrían daños al ser transportados, tal que la parte experimental del proyecto se vio comprometida.
Por lo cual, opté por profundizar en la Dinámica de Transporte Electrónico, hasta que logré realizar simulaciones para entender mejor los resultados esperados.
Basicamente, un electrón puede cambiar entre los distintos estados disponibles por su estado de energía. El transporte puede entenderse como un cambio de estado de un electrón.
Al considerar el espín (la “carga” magnética), el transporte del electrón puede depender de su estado magnético. Por ejemplo, en la siguiente imagen se representa un efecto, donde el estado magnético down tiene preferencia a transportarse al átomo derecho (en azul), mientras que el estado magnético up tiene preferencia por transportarse al átomo izquierdo (en rojo).
Con esas ideas, uno tiene que modelar el transporte electrónico en una red de átomos de grafeno. Que es una red hexagonal bidimensional.
Analizando los enlaces entre cada átomo (método de Amarre Fuerte), se obtienen los estados de energía de una red de grafeno. Las imágenes coloridas son el resultado de grafeno infinito en dos direcciones.
En cambio, las gráficas de líneas azules consideran un lado finito en el grafeno (una cinta).
Para analizar el transporte, se toma una red finita de átomos (por ejemplo, el hexágono azul), y la red se conecta a una fuente y a un drenante. De esta manera, se pueden modelar electrones que atraviesan la red desde la fuente hasta el drenante.
Aquí se puede consultar el código en línea para el ejemplo anterior. (No se recomienda abrir en un navegador móvil.)
Usando el modelo anterior (conocido como Funciones de Green Fuera del Equilibrio), se puede obtener la densidad local de estados disponibles (LDOS), que representa la cantidad de estados entre los cuales los electrones pueden transportarse. Adicionalmente, se pueden modelar las corrientes locales en el sistema.
A continuación, se ve esa densidad y corriente local para una red de grafeno que está siendo estirada.
En la siguiente imagen, se aprecia el resultado de considerar una deformación localizada. Es como si estuviéramos jalando el grafeno desde el centro. Y entonces, identificamos que las corrientes de electrones rodean la deformación.
En el sistema experimental usado, se colocaba el grafeno encima de los electrodos. Para intentar representar eso, en la imagen se ve un rectángulo que pasa por el centro, eso sería un electrodo. Pero al no tener una fuente y drenante bien definido, los electrones casi no se propagan fuera de la zona en contacto con el electrodo.
Finalmente, incorporamos al modelo el efecto del espín (la “carga” magnética). El resultado fue que el grafeno no muestra una fuerte dependencia al espín. La siguiente gráfica azul representa la suma de las otras 4 graficas. Pero, aunque esas 4 graficas no son idénticas, oscilan en el mismo rango de valores, tal que no se podría diferenciar entre una corriente u otra.
Por lo tanto, el grafeno no es un buen material para generar corrientes de espín (“corrientes magnéticas”). Sin embargo, eso significa que, si una corriente de espín lo atraviesa, entonces no la modificará. Es decir, el grafeno es un material que puede ser usado para transportar corrientes de espín, pero no para generarlas: es un material prometedor como conductor de Dispositivos Espintrónicos.
Solo era un niño con un sueño, creciendo y creando castillos de hojas en mis pensamientos, inspirado por aquellos que anhelo y recuerdo.
Si se desea profundizar en este proyecto, se puede consultar en el repositorio de la UNAM, o acceder a traves del siguiente enlace.
