Un equipo de investigadores ha ideado una forma sencilla de sintonizar un efecto cuántico distintivo en el grafeno, el material formado a partir de una sola capa de átomos de carbono, bañándolo en luz. Su trabajo teórico, que fue publicado recientemente en Cartas de revisión física , sugiere una forma de realizar un comportamiento cuántico novedoso que se predijo anteriormente pero que hasta ahora ha permanecido inaccesible en los experimentos.

"Nuestra idea es utilizar la luz para diseñar estos materiales en su lugar, "dice Tobias Grass, investigador postdoctoral en el Joint Quantum Institute (JQI) y coautor del artículo. "La gran ventaja de la luz es su flexibilidad. Es como tener una perilla que puede cambiar la física en su muestra".

La propuesta sugiere un método para alterar un efecto físico que ocurre en materiales planos mantenidos a temperaturas muy bajas y sometidos a imanes extremadamente fuertes, al menos mil veces más fuertes que un imán de nevera. Bajo estas circunstancias, los electrones que giran alrededor de un paisaje bidimensional comienzan a comportarse de una manera inusual. En lugar de fluir continuamente a través del material, quedan encerrados en órbitas circulares estrechas de tamaños y energías particulares, apenas alejándose de sus lugares. Solo un cierto número de electrones puede ocupar cada órbita. Cuando las órbitas están parcialmente llenas, lo que da a los electrones algo de espacio para respirar, se activan nuevos tipos de interacciones entre las partículas cargadas y conduce a una compleja danza cuántica.

Los electrones llevan a cabo esta coreografía, conocida como efecto Hall cuántico fraccional, en grafeno. Curiosamente, sintonizar las interacciones entre los electrones puede inducirlos a diferentes patrones de danza de pasillo cuántica, pero requiere un imán más fuerte o una muestra completamente diferente, a veces con dos capas de grafeno apiladas.

El nuevo trabajo que es una colaboración entre investigadores de JQI y el City College of New York, propone el uso de luz láser para sortear algunos de estos desafíos experimentales e incluso crear novedosas danzas cuánticas. La luz puede empujar a los electrones a saltar entre órbitas de diferentes energías. Como resultado, las interacciones entre los electrones cambian y conducen a un patrón de danza diferente, incluidos algunos que nunca antes se habían visto en experimentos. La intensidad y frecuencia de la luz alteran el número de electrones en órbitas específicas, proporcionando una forma sencilla de controlar el rendimiento de los electrones. "Esta interacción luz-materia da como resultado algunos modelos que se han estudiado teóricamente anteriormente, "dice Mohammad Hafezi, becario de JQI y autor del artículo. "Pero no se propuso ningún esquema experimental para implementarlos".

Desbloquear esas danzas teóricas puede revelar un comportamiento cuántico novedoso. Algunos incluso pueden generar partículas cuánticas exóticas que podrían colaborar para permanecer protegidas del ruido, una idea tentadora que podría ser útil en la búsqueda de construir computadoras cuánticas robustas.