El rápido desarrollo de la ciencia y la tecnología del grafeno y los materiales atómicamente delgados ha dado un paso más con una nueva investigación de la Universidad de Manchester.

Esta investigación, publicado en Ciencias , muestra cómo una variedad de propiedades electrónicas diferentes, esencialmente materiales nuevos, se pueden realizar simplemente aplicando un campo magnético.

Los electrones dentro de los materiales se mueven de manera bastante diferente a un electrón libre en el vacío:sus propiedades se ven fuertemente afectadas por el potencial eléctrico de los iones que componen la red cristalina. Esta interacción cambia la masa de electrones y hace que los materiales sean metales, semiconductores o aislantes, dependiendo de la estructura atómica detallada. Esto proporciona la gran variedad de propiedades de los materiales que conocemos y con los que trabajamos.

Más temprano, Los investigadores de la Universidad de Manchester han encontrado formas de crear nuevos materiales con propiedades electrónicas a medida colocando un material electrónico (en este caso, grafeno) encima de otro cristal. nitruro de boro hexagonal. Ahora, demuestran cómo crear una secuencia completa de diferentes materiales electrónicos simplemente ajustando el campo magnético aplicado.

En esta combinación de materiales, Los átomos de nitruro de boro crean un patrón periódico de electrones en el grafeno conocido como superrejilla. Tal superrejilla se caracteriza por la escala de longitud del patrón periódico, Considerando que la fuerza del campo magnético aplicado se puede contar en los llamados cuantos de flujo, unidades elementales de campo magnético.

Se logra una condición de coincidencia cada vez que una fracción entera del cuanto de flujo penetra a través de un área dada por la superrejilla elemental. A estos valores especiales de campo magnético, los investigadores observaron que los electrones comenzaron a moverse a lo largo de líneas rectas, como si el campo magnético estuviera ausente.

Esto está en marcado contraste con el comportamiento conocido de los electrones en un campo magnético donde los electrones deben moverse a lo largo de trayectorias curvas conocidas como órbitas de ciclotrón. Como resultado de estos cambios de trayectorias rectas a curvas y viceversa en muchas condiciones coincidentes, los investigadores encontraron oscilaciones en la conductividad eléctrica de las superredes de grafeno.

Todas las oscilaciones previamente conocidas en un campo magnético requieren bajas temperaturas, típicamente igual a cuando el helio se vuelve líquido. A diferencia de, las nuevas oscilaciones se observaron a temperaturas muy altas, muy por encima de la temperatura ambiente.

Profesor Sir Andre Geim de la Universidad de Manchester, quien ganó el Premio Nobel de Física en 2010 por su trabajo sobre el grafeno, encabezó el esfuerzo experimental y dijo:"Los efectos cuánticos oscilatorios siempre presentan hitos en nuestra comprensión de las propiedades de los materiales. Son extremadamente raros. Han pasado más de 30 años desde que se informó un nuevo tipo de oscilación cuántica".

Añadió:"Nuestras oscilaciones destacan por su extrema robustez, sucediendo en condiciones ambientales en campos magnéticos de fácil acceso ".

Otro aspecto destacable de este trabajo es que anteriormente se han utilizado superredes de grafeno para estudiar las llamadas mariposas de Hofstadter. cambios sutiles en la estructura electrónica con campo magnético. Estos cambios exhiben una fascinante estructura fractal.

Profesor Vladimir Falko, El director del Instituto Nacional de Grafeno que brindó apoyo teórico en este trabajo comentó:"Nuestro trabajo ayuda a desmitificar la mariposa de Hofstadter. La compleja estructura fractal del espectro de la mariposa de Hofstadter puede entenderse como una simple cuantificación de Landau en la secuencia de nuevos metales creados por magnéticos campo."