Las nanoestructuras se pueden diseñar de tal manera que el confinamiento cuántico permita solo ciertos niveles de energía de electrones. Investigadores de IMDEA Nanociencia, La UAM y el ICMM-CSIC cuentan, por primera vez, observó un patrón discreto de energías electrónicas en un sistema no confinado, lo que podría conducir a nuevas formas de modificar las propiedades superficiales de los materiales.

Un grupo de investigación de IMDEA Nanocience y la Universidad Autónoma de Madrid ha encontrado por primera vez evidencia experimental de que retículas unidimensionales con periodicidad a nanoescala pueden interactuar con los electrones de un gas bidimensional separando espacialmente sus diferentes longitudes de onda mediante un fenómeno físico conocido como Difracción de Bragg. Este fenómeno es bien conocido para la propagación de ondas en general y es responsable del color iridiscente observado al iluminar una superficie de CD. Debido a la dualidad onda-partícula propuesta por De Broglie en 1924, Los electrones también presentan un comportamiento ondulatorio y, por lo tanto, Fenómenos de difracción. Realmente, La observación de que los electrones libres de baja energía se someten a procesos de difracción al interactuar con redes atómicas bien ordenadas en superficies sólidas fue la primera confirmación experimental de la dualidad onda-partícula. Electrones bidimensionales unidos a superficies sólidas, por supuesto, también presentan un comportamiento ondulatorio que podría visualizarse directamente en los años 90 mediante microscopía de túnel de barrido. Sin embargo, la observación de la difracción de Bragg en tales sistemas había sido hasta ahora esquiva.

En este nuevo trabajo, publicado en Cartas de revisión física , el grupo encabezado por Roberto Otero construyó una rejilla de difracción con periodicidad nanométrica por autoensamblaje de moléculas orgánicas sobre una superficie de cobre. Mediante microscopía de túnel de barrido a baja temperatura, los investigadores observaron las ondas estacionarias causadas por la interferencia entre los electrones que llegan a la rejilla de difracción y los reflejados por ella, lo que permitió a los investigadores encontrar evidencia experimental de difracción de Bragg. Es más, los autores encontraron que sus resultados no solo reflejan fenómenos de difracción, pero también que los electrones prefieren interactuar con la red de modo que se invierte su dirección de incidencia.

La consideración simultánea de ambos efectos ha llevado a los autores a concluir que debería producirse una discretización de los niveles de energía, similar al que tiene lugar cuando el movimiento del electrón está confinado espacialmente. La discretización de los niveles de energía tras el confinamiento es una de las principales características de la mecánica cuántica, con muchas aplicaciones en nanociencia y nanotecnología, y actualmente permite a los investigadores controlar las propiedades ópticas y electrónicas de los sistemas a nanoescala. Los resultados de esta publicación, por lo tanto, puede abrir nuevas vías para fabricar nuevos materiales y dispositivos que muestren propiedades cuánticas sin confinamiento cuántico.