Este equipo de investigación teórica y experimental ha sido dirigido por el personal científico del Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón (INMA) en Zaragoza y el Centro de Física de Materiales (CFM) en Donostia-San Sebastián, junto con profesionales de la investigación de la línea BOREAS en el sincrotrón ALBA, integrantes del ICMM en Madrid, la Universidad Técnica de Zurich, el CONICET de Argentina y la Universidad de La Laguna (ULL), más concretamente el profesor Fernando Delgado, del Departamento de Física. El trabajo ha sido publicado recientemente en Nature Communications.

Los materiales ferromagnéticos constituyen lo que comúnmente se conoce como imanes. A nivel microscópico, su principal propiedad es que los momentos magnéticos de los átomos del material, los constituyentes básicos de la materia, se alinean entre sí, dando lugar a un momento magnético total observable macroscópicamente.

Los físicos y físicas describen esta propiedad mediante una magnitud: la magnetización. Así, un material con mayor magnetización será un imán más fuerte o duro. Los imanes duros juegan un papel fundamental en la sociedad, desde la industria electrónica para el almacenamiento de información, sensores aplicables a una gran variedad de campos como la biomedicina, industria del automóvil, militar o robótica, construcción de turbinas hidráulicas para generación de electricidad y aerogeneradores, o motores eléctricos. Son, por lo tanto, de gran importancia para la descarbonización de la economía.

La dureza de estos imanes viene determinada por dos cantidades fundamentales. Por un lado, la llamada temperatura de Curie T_C, por encima de la cual el imán deja de comportarse como tal. Por otra, el llamado campo coercitivo B_c, que corresponde al campo magnético que sería necesario aplicar al material para anular su magnetización, dando una idea de la resistencia del material a ser desimantado.

Dado este extenso campo de aplicaciones, resulta de gran interés poder generar imanes lo más delgados y duros posibles, reduciendo así el coste en términos de material o de dióxido de carbono generado en su procesamiento. El límite último estaría determinado por la escala atómica.

Una de las propuestas más interesantes viene en forma de las denominadas redes de coordinación organometálicas bidimensionales (2D-MOCN). Entre otras ventajas, los 2D-MOCN son técnicamente sencillos de fabricar siguiendo protocolos de autoensamblaje cercanos a la temperatura ambiente, lo que reduce notablemente los costes de fabricación. Además, estos 2D-MOCN se pueden generar a partir de distintos átomos metálicos magnéticos depositados sobre sustratos no magnéticos, dando lugar a estructuras periódicas fácilmente escalables. Sin embargo, y a pesar de estas prometedoras propiedades, hasta ahora no se había podido sintetizar ningún 2D-MOCN que exhibiera explícitamente ferromagnetismo en dos dimensiones.

Los resultados son especialmente llamativos, ya que una cantidad escasa de átomos de hierro da lugar a una magnetización fuera del plano con un campo coercitivo de unos 2 Teslas, el equivalente a unos diez millones de veces el campo terrestre, y una temperatura de Curie de unos 35 K, o lo que es lo mismo, unos -238 ºC. Estos valores son cercanos a las cifras récord obtenidas hasta la fecha basadas en capas de materiales bidimensionales que interactúan mediante las llamadas fuerzas de van der Waals, mucho más difíciles de sintetizar y con concentraciones mucho más altas de elementos magnéticos.

Estos hallazgos aúnan más de dos décadas de búsqueda de ferromagnetismo en 2D-MOCN, representando un claro avance en la ciencia de superficies y el magnetismo. Con este paso fundamental, el equipo investigador espera fomentar el estudio de nuevos materiales 2D-MOCN magnéticos que puedan dar lugar a imanes bidimensionales estables a temperaturas mucho más altas y con bajas densidades de metales magnéticos, que pueden resultar de difícil acceso o alto precio, como el cobalto, cada vez más relevante tecnológicamente y problemático a nivel geopolítico.

El trabajo consistió en perforar unos 400 metros de hielo para acceder al océano bajo la plataforma helada y tomar muestras de agua. Tras aplicar modernas técnicas moleculares para estudiar los microorganismos que habitan en esta parte del Planeta, encontraron una población abundante y diversa (comparable en número y diversidad a las comunidades del océano abierto) de microorganismos activos que llevan a cabo transformaciones relevantes en el ambiente oscuro bajo el hielo.

Además de identificar estos microorganismos, el estudio demuestra que están adaptados a generar energía de compuestos de nitrógeno y azufre inorgánicos para fijar el CO₂ disuelto en el agua. La nueva biomasa que se genera en la oscuridad mantiene el ecosistema bajo el hielo. Se trata de microorganismos situados en la base de la cadena alimentaria que son responsables de una parte importante del ciclo del carbono.

Reciclaje de nutrientes

Estos resultados demuestran que los microorganismos bajo la plataforma de hielo están adaptados a prosperar en las regiones oceánicas más frías pero también más ricas en carbono, al tiempo que desempeñan un papel crucial en el reciclaje de nutrientes. Los microorganismos en este ambiente convierten el CO₂ en materia orgánica sin necesidad de luz.

Los resultados sugieren que el amonio asociado con el agua de deshielo en la base de la capa de hielo es una fuente importante de energía para la fijación de CO₂, y por lo tanto tiene un impacto significativo en la composición y la actividad de la comunidad microbiana. Este deshielo se ha incrementado en las últimas décadas debido al calentamiento global y podría tener un impacto en las actividades de los microorganismos que forman parte de la cadena trófica de la cual se beneficien los organismos más complejos.

Además de Ron Geller, el equipo investigador lo forman Sebastian Pechmann, de la Universidad de Montreal; Ashley Acevedo, de la Rockefeller Universidad de Nueva York; Raul Andino, de la Universidad de San Francisco; y Judith Frydman, de la Universidad de Stanford. El experimento demuestra por primera vez cómo las chaperonas intervienen en la evolución general de algunas de estas macromoléculas de forma muy específica. Este estudio se publicó este pasado jueves 3 de mayo en la revista Nature Communications.

El trabajo analizó su desarrollo en el virus de la poliomielitis. Esta enfermedad infecciosa solo tiene once proteínas y cuenta con una gran capacidad evolutiva. También posee un periodo de replicación corto (ocho horas por ciclo), una alta tasa de mutación y un gran número de población (1000 millones por mililitro).

La investigación fue financiada por el Ministerio de Economía, Industria y Competitividad (MINECO) mediante ayudas Ramón y Caja. Además a través  de una beca otorgada a Judith Frydman por el Instituto Nacional de Alergias y Enfermedades Infecciosas (NIH) de Estados Unidos. El Instituto de Biología Integrativa de Sistemas (I2SysBio), centro mixto de la Universidad de Valencia-CSIC, se dedica al estudio de sistemas biológicos complejos, sobre todo microorganismos, con aplicaciones principalmente en biomedicina y biotecnología.