Structuration and integration of magnetic molecules and nanoparticles on surfaces and devices by directwrite AFM lithography

摘要

La progresiva miniaturización de los materiales a la escala nanométrica ha abierto en la última década nuevas expectativas en el campo de la Ciencia de Materiales. Dichos materiales nanométricos presentan propiedades únicas, difiriendo a menudo de las propiedades del propio material a la macroescala, las cuales abren un amplio abanico de nuevas fenomenologías, y en consecuencia, de aplicaciones tecnológicas. De especial interés han sido los nanomateriales magnéticos, incluyendo las nanopartículas magnéticas o sistemas moleculares, dado que emergen como sistemas clave en el desarrollo de nuevas tecnologías de interés tales como sistemas de almacenamiento de memoria, computación cuántica o dispositivos de espintrónica. El desarrollo de aplicaciones reales en base al uso de dichos nanomateriales requiere primero la búsqueda de nuevas estrategias de estructuración que permitan organizar dichos sistemas magnéticos en superficies, a la vez que estudiar cómo es su comportamiento en la transición de la macroescala a la micro- o nanoescala. En este sentido es de interés estudiar cómo sus propiedades magnéticas pueden verse afectadas por efectos de la estructuración o de la propia superficie. En este contexto, de cara a estudiar las propiedades magnéticas de estos sistemas, una de las aproximaciones que está atrayendo mayor interés es el uso de dispositivos superconductores de interferencia cuántica (SQUIDs) y sensores Hall. Estos sensores han experimentado una gran revolución al ser miniaturizados, lo que ha permitido aumentar notablemente su sensibilidad hasta la detección de la magnetización de una sola nanopartícula o molécula. En este continuo avance, una de las principales limitaciones es la necesidad de desarrollar nuevas estrategias de integración que permitan depositar los sistemas magnéticos de un modo controlado en las zonas de máxima sensibilidad de estos sensores miniaturizados. En este contexto, la presente Tesis doctoral ha sido dedicada al desarrollo de nuevas estrategias de integración de cara a mejorar el control en la integración de sistemas magnéticos. Las estrategias propuestas han permitido por primera vez realizar este proceso sin la necesidad de modificar previamente ni el material magnético ni la superficie del sensor, consiguiendo depositar en zonas definidas del sensor con control (sub)micrométrico. En concreto, se ha demostrado la viabilidad y la universalidad de la técnica de deposición directa por litografía de AFM (conocida como Dip-pen Nanolithography, DPN) para la integración de nanomateriales magnéticos, abarcando un amplio rango de materiales desde nanopartículas hasta sistemas moleculares con comportamiento de imán unimolecular, en una gran variedad de sensores con diferentes dimensiones y requisitos.