Al moverse a través de un material conductor en un campo eléctrico, los electrones tienden a seguir el camino de menor resistencia, que corre en la dirección de ese campo.

Pero ahora los físicos del MIT y la Universidad de Manchester han descubierto un comportamiento inesperadamente diferente en condiciones muy especializadas, uno que podría conducir a nuevos tipos de transistores y circuitos electrónicos que podrían resultar altamente eficientes desde el punto de vista energético.

Descubrieron que cuando una hoja de grafeno (una matriz bidimensional de carbono puro) se coloca encima de otro material bidimensional, los electrones en cambio se mueven hacia los lados, perpendicular al campo eléctrico. Esto sucede incluso sin la influencia de un campo magnético, la única otra forma conocida de inducir tal flujo lateral.

Y lo que es más, dos corrientes separadas de electrones fluirían en direcciones opuestas, ambos transversalmente al campo, cancelar la carga eléctrica de cada uno para producir un "neutro, corriente sin carga, "explica Leonid Levitov, profesor de física del MIT y autor principal de un artículo que describe estos hallazgos esta semana en la revista Ciencias .

El ángulo exacto de esta corriente en relación con el campo eléctrico se puede controlar con precisión, Dice Levitov. Lo compara con un velero que navega perpendicular al viento, su ángulo de movimiento controlado ajustando la posición de la vela.

Levitov y el coautor Andre Geim en Manchester dicen que este flujo podría alterarse aplicando un voltaje mínimo en la puerta, permitiendo que el material funcione como un transistor. Corrientes en estos materiales, siendo neutral, puede que no desperdicien gran parte de su energía en forma de calor, como ocurre con los semiconductores convencionales, lo que potencialmente hace que los nuevos materiales sean una base más eficiente para los chips de computadora.

"Se cree ampliamente que los nuevos Los enfoques no convencionales para el procesamiento de la información son clave para el futuro del hardware. "Dice Levitov." Esta creencia ha sido la fuerza impulsora detrás de una serie de importantes desarrollos recientes, en particular la espintrónica ", en la que el espín de los electrones, no su carga eléctrica, lleva información.

Los investigadores del MIT y Manchester han demostrado un transistor simple basado en el nuevo material, Dice Levitov.

"Es un efecto bastante fascinante, y llega a un punto muy débil en nuestra comprensión de lo complejo, los llamados materiales topológicos, ", Dice Geim." Es muy raro encontrar un fenómeno que une la ciencia de los materiales, partículas fisicas, relatividad, y topología ".

En sus experimentos, Levitov, Geim, y sus colegas superpusieron el grafeno sobre una capa de nitruro de boro, un material bidimensional que forma una estructura de celosía hexagonal, como lo hace el grafeno. Juntos, los dos materiales forman una superrejilla que se comporta como un semiconductor.

Esta superrejilla hace que los electrones adquieran una torsión inesperada, que Levitov describe como "una vorticidad incorporada", que cambia su dirección de movimiento. tanto como el giro de una bola puede curvar su trayectoria.

Los electrones del grafeno se comportan como partículas relativistas sin masa. El efecto observado, sin embargo, no tiene un análogo conocido en la física de partículas, y amplía nuestra comprensión de cómo funciona el universo, dicen los investigadores.

Si este efecto se puede aprovechar o no para reducir la energía utilizada por los chips de computadora, sigue siendo una pregunta abierta. Levitov concede. Este es un hallazgo temprano, y si bien existe una clara oportunidad de reducir la pérdida de energía para calentar localmente, otras partes de dicho sistema pueden contrarrestar esas ganancias. "Esta es una pregunta fascinante que queda por resolver, "Dice Levitov.

Francisco Guinea, profesor de investigación en el Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid de España, que no estaba relacionado con esta investigación, califica el enfoque adoptado por este equipo como "novedoso e imaginativo ... La caracterización de estas corrientes en el grafeno es un avance muy importante en la comprensión de los materiales bidimensionales".

El trabajo tiene un gran potencial, Guinea agrega, porque "los materiales bidimensionales con propiedades topológicas especiales son la base de las nuevas tecnologías para la manipulación de la información cuántica".

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.