SEMINARIO / Funcionalización de grafeno epitaxial mediante intercalación o adsorción

Título: Funcionalización de grafeno epitaxial mediante intercalación o adsorción

Orador: Dr. Amadeo López Vazquez de Parga (Dpto. de Física de la Materia Condensada, Univ. Aut. de Madrid e Inst. Madrileño de Estudios Avanzados en Nanociencia, IMDEA-Nanociencia).

Lugar: Auditorio del CONICET Santa Fe, Edificio Houssay, Planta Baja, Güemes 3450.

Resumen:

Las extraordinarias propiedades electrónicas, mecánicas y ópticas del grafeno no incluyen orden magnético intrínseco o la existencia de una fuerte interacción spin-órbita. Mediante el crecimiento epitaxial de grafeno en superficies metálicas cristalinas en condiciones de ultra alto vacío [1] y adsorbiendo moléculas sobre las películas de grafeno o intercalando átomos pesados entre el grafeno y la superficie metálica se pueden agregar funcionalidades magnéticas al grafeno, en esta presentación se discutirán dos ejemplos:

i) Obtención de orden magnético de largo alcance en una monocapa de TCNQ adsorbida en grafeno crecido sobre Ru(0001): La monocapa de grafeno (Gr) crecida en Ru(0001) está nanoestructurada espontáneamente formando una disposición hexagonal de abultamientos de 100 pm de alto con una periodicidad de 3 nm [2] y con estados electrónicos localizados [3]. La microscopía y espectroscopía de efecto túnel a baja temperatura y simulaciones utilizando teoría del funcional de densidad (DFT) muestran que las moléculas TCNQ (tetracyanoquinodimethane) aisladas depositadas en Gr/Ru(0001) reciben carga del sustrato y desarrollan un momento magnético de tamaño considerable, que se revela por una resonancia Kondo. El momento magnético se conserva tras la agregación de moléculas para formar dímeros o capas completas. La capa molecular auto-ensamblada desarrolla bandas electrónicas de espín espacialmente extendidas con sólo la banda mayoritaria llena, convirtiéndose así en un imán orgánico 2D cuyo orden magnético a largo alcance en el estado fundamental es visualizado mediante microscopía de efecto túnel polarizada en espín a 4.6 K [4]. El orden magnético de largo alcance se origina por la transferencia de carga desde el grafeno hacia las TCNQ (que crea los momentos magnéticos) más el auto-ensamblaje de la capa molecular sobre la superficie del grafeno periódicamente corrugado (que crea bandas intermoleculares polarizadas en espín donde los electrones transferidos desde la superficie a las moléculas son libres de pasar de una molécula a otra). También mostraremos otros ejemplos donde las moléculas adsorbidas aceptan carga y desarrollan momento magnético, pero no forman bandas y, en consecuencia, no aparece orden magnético a largo alcance (F4-TCNQ en Gr/Ru(0001)), o donde las moléculas se auto-ensamblan y los orbitales moleculares solapan y forman bandas, pero no se llenan porque no hay transferencia de carga desde el substrato a las moléculas (TCNQ en Gr/Ir(111)). En ambos casos no se desarrolla orden magnético a largo alcance.

ii) Introducción de una interacción espín-órbita gigante mediante la intercalación de plomo en el sistema Gr/Ir(111): La intercalación de una capa de átomos de plomo ordenada entre el grafeno y la superficie de Ir(111) produce la aparición de una serie de picos afilados con el mismo espaciado en energía en la conductancia diferencial medida mediante espectroscopía de efecto túnel resuelta espacialmente a 4.6 K. La introducción de los átomos de plomo en contacto con el grafeno incremente, la por otro lado despreciable, interacción espín-órbita en el grafeno. La variación espacial del acoplamiento espín-órbita al ir desde una zona con plomo intercalado a zonas donde el grafeno está directamente sobre el Ir(111) produce un pseudo-campo magnético que origina los picos afilados que aparecen en la conductancia diferencial en la zona de transición entre las zonas con plomo y las zonas sin plomo y que son interpretados como unos pseudo-niveles de Landau [5].

[1] A. L. Vázquez de Parga et al., Phys. Rev. Lett. 100 (2008) 056807.
[2] B. Borca et al., Phys. Rev. Lett. 105 (2010) 036804.
[3] D. Stradi et al., Phys. Rev. Lett. 106 (2011) 186102.
[4] M. Garnica et al., Nature Physics 9 (2013) 368.
[5] F. Calleja et al., submitted.