Nanourratsen oinatz erraldoiak

Grafeno geruza bat. Grafeno geruza osatzen duten karbono atomoak. Grafeno geruza osatzen duten karbono atomoen elektroiak. Eta grafeno geruza osatzen duten karbono atomoen elektroien espinak. Aldapeko sagarraren adarraren puntan, puntaren puntan lanean ari dira Europako Spring ikerketa proiektua abiatu duten sei ikerketa zentroak. Spin Research in Graphene (espinen ikerketa grafenoan) hitzen akronimoa da Spring.

Seikotean daude Euskal Herriko bi: CIC Nanogune eta DIPC Donostia International Physics Center. Nanogune izango da, gainera, proiektuaren koordinatzailea. Europako Batasunaren Horizon 2020 FET-Open deialdian aukeratu dute proiektua. 3,5 milioi euro emango dizkiete lau urterako. Etorkizunean berritzaileak eta baliagarriak izan daitezkeen teknologiak ikertzeko deialdia da. FET-Openen kasuan, hastapenetan dauden ikerketak laguntzen dituzte.

Espintronika eta grafenoa uztartuko ditu ikerketa proiektuak. Etorkizuneko teknologien oinarria izan daitezkeen bi elementu. «Bi kontzeptuak nahastu nahi ditugu: grafenoaren propietate batzuk oso erakargarriak dira elektronikarako, eta horri magnetismoa gehitu nahi diogu», azaldu du Thomas Frederiksenek. DIPCko Ikerbasque ikerketa irakaslea da, proiektuko ikerlaria. Munduan ikerketa zentro gutxitan aztertzen ari dira grafenoaren magnetismoa.

Atomoek elektroiak dituzte. Elektronikak elektroien karga negatiboa baliatzen du informazioa alde batetik bestera mugitzeko eta biltzeko. Etorkizunean, ordea, espintronikak ordezkatuko du elektronika. Ondo bidean, hori izango da etorkizuneko ordenagailuen oinarria. Espintronikak, elektroien karga baliatu beharrean, haien espina baliatzen du. Espina elektroien oinarrizko propietate bat da, magnetikoa. Elektroien imana, nolabait esateko, eta, gainerako imanen moduan, iparra eta hegoa ditu. Sinpleago esanda, gora edo behera begira egoten da. Horixe baliatu nahi dute informazioa garraiatzeko eta biltzeko.

Spintronikak aurrera eginez gero, elektronika baino teknologia iraunkorragoa izango litzateke. Elektronikan korronte elektrikoak behar dira informazioa batetik bestera mugitzeko, energia. Espintronikan ez litzateke korronte elektrikorik beharko edo, behar izatekotan, txikia, energia aurreztuz. Eta espintronika grafenoan, karbonoan, oinarrituz gero, karbono ugari dago munduan.

Spring proiektuak spin horiek irakurri eta idatzi egin nahi ditu grafeno geruzetan. Irakurri: espinak noiz dauden gora edo behera begira jakin. Idatzi: espinak gora edo behera begira jarri. Grafenozko nanoimanak izango lirateke. Zertarako? Espinen bidez informazioa transmititzeko.

Berez, «zeharka edo zati txikietan» espina idatz daiteke, «baina gailu batean egin nahi dugu, kontrolatuta», Jose Ignacio Pascual ikerlariaren esanetan. CIC Nanoguneko Ikerbasque ikerketa irakaslea da eta Spring proiektuaren koordinatzailea. Oinarrizko esperimentuetan lortu dute, baita Nanogunek berak ere, zenbait korronte elektrikorekin espinak gora mugitzea. «Baina hori prozesua erakustea da; beste kontu bat da informazioa biltzeko erabilgarria izatea».

Horregatik aukeratu dute grafenoa. Espinak garraiatzeko oso ona delako: «Espinen orientazioari tarte handi batean eutsiko dioten materialak behar dira, eta grafenoa horrelakoa da». Material «perfektua» deitu dio, besteak beste, oso egonkorra delako.

Grafenoaren ezaugarri izugarrien artean (gogortasuna, malgutasuna...), baina, ez dago magnetismoa. Hala ere, ikusi dute grafenoa modu jakin batzuetan moztuta —atomoz atomo egindako geruzak dira—, magnetiko bihurtzen dela; baita grafeno geruzak hidrogeno atomoekin ukituz gero ere, Nanogunek beste ikerketa talde batzuekin batera erakutsi duenez.

Bi dimentsioko materialak

Grafenoari eta beste zenbait materiali bi dimentsioko materialak deitzen diete, atomo bakarreko lodiera dutelako. Grafenoa ez da bakarra. Badira silizenoa, germanenoa... ere. Horien propietate batzuk ezagunak dira, beste batzuk ez. Grafenoarekin egin den bidea ez da oraindik urratu bi dimentsioko beste material horiekin. «Gure ikerketan ezingo genituzke erabili», zehaztu du Pascualek, «ez baitakigu nola moztu horiek modu perfektuan». Eta Pascualek behin eta berriro nabarmentzen duenez, ezinbestekoa da zehaztasun atomikoarekin lan egitea. Grafenoarekin ahal dute; beste material batzuekin, oraindik ez. Hala ere, erronka bakarra ez da grafeno zati perfektuak, zehaztasun atomikoa dutenak, moztea; baita atomo horiek inguruko faktoreetatik babestea ere, magnetismoak irauteko.

Oinarrizko ikerketa da. Etorkizunean baliagarriak izan daitezkeen bideak urratuko eta ikertuko dituzte, «ikusteko ea zenbateraino konpon ditzakegun sortzen diren arazoak, gero erabilgarri izateko». Arazo «asko» baitaude grafenoa sortzen hasten direnetik zirkuitu batean integratu arte: «Forma eta zehaztasun atomikoa kontrolatzea; ingurua ere bai, ez kutsatzeko; korronteak sartzea...». Ikasitakoa oinarrizko gailu espintroniko batean probatu nahi dute. «Ziurrenik, gero ezingo da erabili», ohartarazi du Pascualek, «baina sekulako urratsa izango da».

Sei ikerketa zentrok bat egin dute Spring proiektuan. Bost esperimentalak dira; DIPCen, berriz, teoria eta simulazioa egiten dituzte. «Ikertuko diren egiturak perfekzionatzea da gure lana», Frederiksenen esanetan. «Maila teorikoan lan egiten dut, formulekin eta simulazioekin. Molekula bat zer atomok osatzen duten baldin badakigu, atomo horiek simulazio batean sar ditzakegu, superordenagailuen bidez molekulen propietateak kalkulatzeko». Nanoegituren propietate elektronikoak eta espinak, besteak beste. «Gure lana ere bada daukaguna baino urrunago joatea, zer egin dezakegun urrats bat harago iristeko».

Teorikoa eta praktikoak. Frederiksenen formulak eta simulazioak, batetik; Pascual eta gainerako ikertzaileen esperimentuak, bestetik. Bi norabideko harremana dute: Frederiksenek teorien eta simulazioen emaitzak helarazten dizkie, laborategietan probatzeko eta frogatzeko; eta laborategietako emaitzak Frederikseni jakinarazten dizkiote, ikusitako zenbait fenomeno teoriaren bidez azaltzeko eta berresteko.

Zalantzak eta galderak

Askotan ez datoz bat. «Baina kasu horietan aurrera egiten dugu», nabarmendu du Frederiksenek. «Dena baieztatzen badugu, aspergarria da, esan nahi du dena ulertu dugula; dena bat ez badator, elkarri galdetzen diogu zer falta den zer gertatzen den ulertzeko». Orduak eta orduak norberaren buruari eta gainerakoei galderak egiten.

Europako sei talde elkartu dira proiektuaren partzuergoan: CIC Nanogunez eta DIPCez gain, Santiago de Compostelako Unibertsitateak (Galizia), Delft-eko Unibertsitate Teknikoak (Herbehereak), Oxfordeko Unibertsitateak (Erresuma Batua) eta IBM Researchek (Zurich, Suitza).

Guztiek dituzte grafenoa edota espinak langai edo ikerketagai. Guztiek erdietsi dituzte hainbat lorpen: «Batetik, gai gara grafeno egiturak sortzeko, grafenoa bitarteko kimikoak baliatuz eta zehaztasun atomikoarekin mozteko. Gai gara, esaterako, bost atomoko aldeak dituen hiruki bat sortzeko, sekulako urratsa da. Bestetik, teknika esperimentalak dauzkagu, behin grafeno egiturak sortuta, haien magnetismoa detektatzeko».

Hala ere, bakoitza teknika edo lan molde batean espezializatua dago, eta partzuergoan esperientzia osagarriak bildu dituzte. Santiago de Compostelako taldeak, esaterako, kimika lanak egiten ditu. «Kimika baliatuz egiten ditugu nanografenoak», Pascualek azaldu duenez. «Molekula batzuk prestatzen dituzte; molekula horiek geruza batean jartzen ditugu, eta berotu; orduan haiek bakarrik elkartu eta lotu egiten dira, lego baten moduan; eta guk nahi dugun grafenoa osatzen dute». Molekula horiek sortu aurretik simulazioak egiten dituzte, lortuko litzatekeen grafenoaren propietateak aurreikusteko, magnetikoak izango diren edo ez, esaterako.

Nanogunek, hiru teknika baliatuz, ikusiko du ea grafenoa ondo osatzen den. Oxfordeko eta Delfteko taldeak, berriz, espinen manipulazioa ikertzen saiatuko dira: «Oxfordeko taldean espinak gora eta behera mugiarazten dituzte irrati frekuentziarekin edo mikrouhinekin. Prozesu hori esploratzen ari dira, informazio kuantikorako».

Izan ere, espinak baliagarriak izan daitezke ordenagailu kuantikoetarako. Hala nabarmendu du Frederiksenek: «Gaur egungo bitez hitz egin ordez [0 eta 1en arteko konbinazioa], cubit-ez hitz egiten ari dira [bit kuantikoa], eta badaude proposamenak espinak cubit gisa erabiltzeko».