Los físicos de la Universidad de Utrecht han creado un 'simulador cuántico, 'un sistema modelo para estudiar pronósticos teóricos para una clase completamente nueva de materiales. Estos 'supermateriales' incluyen el grafeno, que tiene una estructura bidimensional y características únicas. Los experimentos llevados a cabo en Utrecht no solo confirman las predicciones de los físicos teóricos, pero también proporcionó nuevos conocimientos. Han descubierto que a niveles de energía más altos, una celosía rectangular simple tiene características que normalmente solo se observan en materiales exóticos. Los resultados de su investigación se publican en Física de la naturaleza de 24 de abril de 2017.

Las características de un material están determinadas por los átomos que lo componen, y cómo están organizados. Los cálculos realizados por físicos teóricos muestran que en ciertas estructuras bidimensionales, los átomos pueden organizarse de tal manera que se pueda lograr una amplia gama de supercaracterísticas. Hasta ahora, esta investigación se ha limitado a predicciones teóricas:muchas de las redes que los físicos idearon simplemente no existían en la naturaleza, ni se han producido en el laboratorio. Sin embargo, utilizando el método desarrollado por los físicos en Utrecht, estos resultados ahora se pueden probar experimentalmente.

Cristal bidimensional de electrones

"La idea básica es que podemos hacer un cristal bidimensional de electrones en cualquier forma que queramos, "explica el líder de la investigación Ingmar Swart." Eso nos permite determinar con precisión las características del cristal, lo que nos permite realizar experimentos sobre muchas de las ideas planteadas por nuestros colegas teóricos ".

Swart y su equipo han creado una red de unas pocas docenas de nanómetros de ancho en un cristal de cobre. La superficie del cristal contiene una gran cantidad de electrones, que son forzados a ciertas posiciones en la superficie mediante la construcción de una red de moléculas de monóxido de carbono con precisión atómica. "La forma en que lo hacemos se puede comparar con un dedo que empuja un caramelo de menta de un lado a otro de una mesa. Pero en este caso, el dedo es una aguja con una punta que no es más grande que un átomo, "Explica Swart.

Los resultados hasta ahora muestran que las predicciones teóricas son bastante precisas. Sin embargo, Los experimentos también han revelado un fenómeno que los físicos teóricos aún no habían considerado, y que pueden presentar nuevas aplicaciones.

A niveles de energía más altos, una simple cuadrícula rectangular parece transformarse en una estructura conocida como 'celosía Lieb'. "Esta red de Lieb es la red real para ciertos superconductores de alta temperatura. Por lo tanto, es vital que comprendamos las características y el comportamiento de los electrones en esta red, "explica la física teórica Prof. Cristiane Morais Smith.

Todavía queda un largo camino por recorrer desde este sistema modelo hasta nuevos supermateriales como el grafeno. "Pero nuestro sistema es una especie de 'simulador cuántico, 'que podemos utilizar para probar nuevas ideas teóricas con el grado óptimo de flexibilidad, "dice Morais Smith.