Un pequeño paso para el grafeno, un gran paso para la electrónica y espintrónica

13.11.2025

Fragmento del cómic “Un pequeño paso para el grafeno, un gran paso para la electrónica y espintrónica”. Miriam Rivera para IMDEA Nanociencia.

• Investigadores de IMDEA Nanociencia han logrado abrir un bandgap en grafeno mediante el dopaje con átomos de teluro.
• El estudio no solo permite controlar el flujo de electricidad en grafeno, sino también potencia sus propiedades relacionadas con el espín de los electrones.

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Madrid, 13 de noviembre 2025. Investigadores de IMDEA Nanociencia han logrado un importante avance en la ingeniería del grafeno, un material famoso por su escasa resistencia y muy alta conductividad, pero cuya falta de "interruptor" natural ha dificultado su uso en dispositivos electrónicos como los transistores. En este nuevo estudio, científicos han encontrado una manera de superar esa limitación abriendo un bandgap, o separación de energía, que permite controlar el flujo de electricidad en el grafeno, un paso esencial para aplicaciones tecnológicas avanzadas.

El logro se basa en la intercalación controlada de átomos de telurio (Te) entre capas de grafeno depositadas sobre una base de iridio. Usando técnicas de espectroscopía, microscopía y difracción electrónica, los investigadores observaron que el telurio se acomoda en dos estructuras distintas, dependiendo de la cantidad utilizada. Más allá de esta estructura, lo realmente revolucionario es que el grafeno modificado presenta una separación de energía de hasta 240 milielectronvoltios a temperatura ambiente, algo nunca antes observado de forma estable y ajustable.

Esta nueva configuración no solo permite controlar el flujo de electricidad en el grafeno, sino que también potencia sus propiedades cuánticas relacionadas con el espín de los electrones. El estudio muestra que los electrones se comportan como si tuvieran todos el mismo tipo de espín según su dirección de propagación, un comportamiento conocido como el efecto Hall cuántico de espín. Esto es clave para la futura espintrónica, una tecnología que hace uso de la propiedad espín de los electrones para lograr dispositivos más rápidos y eficientes que los fabricados con electrónica convencional.

Con este avance, el equipo demuestra que es posible diseñar materiales híbridos a partir de grafeno que combinen control electrónico y propiedades cuánticas avanzadas. Si se logra replicar esta estructura sobre materiales aislantes, este descubrimiento podría abrir el camino hacia una nueva generación de dispositivos electrónicos y cuánticos más eficientes, rápidos y compactos.

Este avance ha sido publicado en la revista Advanced Functional Materials, y ha sido destacado en su portada. Es el resultado de una colaboración entre investigadores en el Instituto Madrileño de Estudios Avanzados en Nanociencia, la Universidad Autónoma de Madrid y la Universidad de Calabria (Italia). Ha sido parcialmente financiado por la acreditación Excelencia Severo Ochoa, concedida a IMDEA Nanociencia (CEX2020-001039-S) y el proyecto del Ministerio de Ciencia e innovación CONPHASETM  (PID2021-123776NB-C21).

Glosario

• Espín: momento angular magnético de los electrones. A diferencia de la intuición clásica de una partícula girando sobre su propio eje, el espín no implica que el electrón esté realmente rotando. El espín es una propiedad fundamental que describe un tipo de momento angular asociado exclusivamente con partículas subatómicas, sin equivalente directo en la física clásica.
• Espintrónica: también conocida como electrónica de espín, es una rama de la física que explota, además de la carga, el estado de espín de los electrones para idear dispositivos de almacenamiento o transferencia de datos que sean más eficientes que los dispositivos electrónicos actuales.
• Bandgap: también llamada banda prohibida, determina la cantidad de energía que se necesita para la conducción eléctrica. Cuando un electrón posee la energía de banda prohibida, es excitado a un estado libre y puede participar en la conducción eléctrica.

Fuente: IMDEA Nanociencia.

El Instituto IMDEA Nanociencia es un centro de investigación interdisciplinar en Madrid dedicado a la exploración de la nanociencia y el desarrollo de aplicaciones de la nanotecnología en relación con industrias innovadoras. IMDEA Nanociencia es un centro de Excelencia Severo Ochoa desde 2017, máximo reconocimiento a la excelencia investigadora a nivel nacional.