Instituto de Ciencias de la BUAP desarrolla nuevos materiales con propiedades magnéticas útiles en tecnologías cuánticas

Ante la necesidad de contar con tecnologías más rápidas que almacenen una gran cantidad de información en un espacio más pequeño y que sean accesibles, en el Instituto de Ciencias de la BUAP (ICUAP) se desarrollan nuevos materiales que presenten propiedades magnéticas de interés para su aplicación en tecnologías cuánticas.

Cándida Pastor Ramírez, estudiante del Doctorado en Ciencias Químicas del ICUAP, señaló que el objetivo de este proyecto es obtener nuevos compuestos de coordinación polinucleares, a partir del ligante picolinamido H4L (ligante aromático tripodal), ligante puente azido (NaN3), e iones de metales de transición 3d y 4f, que presenten estructuras, comportamientos electrónicos y magnéticos relevantes para su aplicación en el campo del magnetismo molecular y nuevas tecnologías cuánticas, como la espintrónica y el almacenamiento de la información.

Los compuestos de coordinación polinucleares son aquellos que tienen dos o más iones metálicos unidos mediante ligantes, los cuales son compuestos orgánicos que pueden coordinarse a dichos iones metálicos. “El interés en la síntesis de estos compuestos se debe a la búsqueda de nuevos materiales que presenten características magnéticas de gran importancia, tales como la de un magneto unimolecular, que es capaz de almacenar una gran cantidad de información en un espacio muy pequeño, como las memorias, tarjetas de crédito, nanochips, tabletas, teléfonos móviles, sensores cuánticos y láseres”.

La estudiante de doctorado explicó que la síntesis de los compuestos de coordinación se realiza en el Laboratorio de Química Inorgánica de la BUAP, en donde utiliza una disolución de la sal del ion metálico 3d y 4f y de los ligantes orgánicos, “se deja en agitación en un matraz de bola y la mezcla de reacción obtenida se deja evaporar hasta obtener cristales adecuados para su estudio por difracción de rayos X. Posteriormente, se hace la caracterización electrónica y magnética por las espectroscopías de ultravioleta visible, infrarrojo, resonancia magnética nuclear, resonancia paramagnética electrónica y estudios de magnetización”.

Pastor Ramírez, quien es maestra en Ciencias Químicas por la BUAP, señaló que actualmente ya se tienen nueve compuestos caracterizados por distintas espectroscopías, de los cuales dos han sido favorables en el campo del magnetismo molecular y se espera realizar los estudios que faltan para tener más conclusiones.

Asimismo, está en puerta la publicación de dos artículos que son de gran aporte a la ciencia, y en cuanto mejoren las condiciones por la pandemia, la investigadora realizará una estancia en el extranjero, con el fin de hacer los experimentos restantes para culminar el proyecto.

El proyecto, cuyos resultados fueron presentados en un congreso de magnetismo en Florencia, Italia, en 2019, así como en foros nacionales, también ha contado con colaboraciones internacionales.

Nuevas tecnologías cuánticas

Pastor Ramírez dio a conocer que el uso de nuevas tecnologías cuánticas tiene un impacto positivo en México, ya que los materiales magnéticos son muy importantes en la industria y la tecnología actual, muestra de ello es la existencia del Centro de Investigación en Materiales Avanzados, donde se ofrecen servicios para la medición de materiales magnéticos para la investigación y la industria, los cuales tienen aplicaciones en sensores, motores eléctricos, generadores, discos duros y recientemente en la espintrónica, nuevo campo de estudio que permitirá generar mejores dispositivos electrónicos.

En el estado de Puebla también han influido este tipo de tecnologías y un ejemplo de ello es en la BUAP, donde existe el Laboratorio Nacional de Supercómputo del Sureste de México; gracias a este se han podido desarrollar ya muchos proyectos de este tipo, en los que se necesita de dicha infraestructura para realizar cálculos teóricos.

Para entender un poco más sobre este tipo de tecnologías, la investigadora explicó que las computadoras que usamos a diario utilizan y están codificadas en bits como unidades fundamentales de memoria, es decir, en lenguaje binario de ceros y unos, de modo que cada vez que interactuamos con cualquier tipo de dispositivo se crean, destruyen o modifican cadenas de ceros y unos dentro de estas o de cualquier otro dispositivo microelectrónico.

Por su parte, los dispositivos cuánticos tienen como unidad fundamental al quantum bit o qubits, que son sistemas cuánticos de dos niveles: un estado de baja energía definido como cero y un estado de alta energía definido como 1, “pero aquí radica la diferencia entre la física clásica y la cuántica, ya que también pueden estar en niveles intermedios. Algunas diferencias que podemos notar son, por ejemplo, en los televisores actuales que tienen alta definición, los superconductores a altas temperaturas, impresoras láser, microprocesadores en las computadoras, entre otras”.

Por ello, dijo, en esta investigación también se apoyan de la magnetoquímica en sólidos inorgánicos, en la que pueden surgir compuestos de algún orden magnético, por ejemplo, en materiales ferromagnéticos como los imanes se experimenta una atracción o repulsión, dependiendo de cómo se enfrenten sus polos magnéticos y este tipo de materiales se quedan magnetizados aun cuando se les quita el campo magnético aplicado, lo que se conoce como histéresis magnética.

“Incluso ahora se ha demostrado que los compuestos antiferromagnéticos (con espines antiparalelos) también pueden ser magnetos moleculares porque sus espines magnéticos no se cancelan completamente, no todos se arreglan antiparalelamente, y se conocen como ferrimagnetos donde estos también se comportan como imanes”.

Todos los imanes permanentes, es decir, los que no son electroimanes, desde los bits de los discos duros a los imanes de refrigeradores, las brújulas que utilizan los navegantes, así como los componentes clave de los auriculares y altavoces, contienen compuestos ordenados ferromagnética o ferrimagnéticamente, finalizó.

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