Los investigadores de Rutgers han descubierto propiedades electrónicas novedosas en láminas bidimensionales de átomos de carbono llamadas grafeno que algún día podrían ser el corazón de dispositivos electrónicos rápidos y potentes.

Los nuevos hallazgos, anteriormente considerado posible por los físicos, pero solo ahora se ve en el laboratorio, muestran que los electrones en el grafeno pueden interactuar fuertemente entre sí. El comportamiento es similar a la superconductividad observada en algunos metales y materiales complejos, marcado por el flujo de corriente eléctrica sin resistencia y otras propiedades inusuales pero potencialmente útiles. En grafeno, este comportamiento da como resultado una nueva fase líquida de materia que consta de cuasi partículas cargadas fraccionadamente, en el que se transporta la carga sin disipación.

En un artículo publicado en línea por la prestigiosa revista científica Naturaleza y su publicación impresa está programada para las próximas semanas, La profesora de física Eva Andrei y sus colegas de Rutgers señalan que la fuerte interacción entre electrones, también llamado comportamiento correlacionado, no se había observado en el grafeno a pesar de muchos intentos de persuadirlo. Esto llevó a algunos científicos a cuestionar si el comportamiento correlacionado podría ser posible en el grafeno. donde los electrones son partículas sin masa (ultrarrelativistas) como fotones y neutrinos. En la mayoría de los materiales, los electrones son partículas que tienen masa.

"Nuestro trabajo demostró que las fallas anteriores para observar el comportamiento correlacionado no se debían a la naturaleza física del grafeno, "dijo Eva Andrei, profesor de física en la Escuela de Artes y Ciencias de Rutgers. "Bastante, fue debido a la interferencia del material que sostenía las muestras de grafeno y el tipo de sondas eléctricas utilizadas para estudiarlo ".

Este hallazgo debería animar a los científicos a seguir investigando el grafeno y los materiales relacionados para futuras aplicaciones electrónicas. incluidos los reemplazos de los materiales semiconductores basados ​​en silicio actuales. Los expertos de la industria esperan que la tecnología de silicio alcance los límites de rendimiento fundamentales en poco más de una década.

Los físicos de Rutgers describen además cómo observaron el comportamiento colectivo de los portadores de carga ultrarrelativistas en el grafeno a través de un fenómeno conocido como efecto Hall cuántico fraccional (FQHE). El FQHE se ve cuando los portadores de carga se limitan a moverse en un plano bidimensional y están sujetos a un campo magnético perpendicular. Cuando las interacciones entre estos portadores de carga son lo suficientemente fuertes, forman nuevas cuasi-partículas con una fracción de la carga elemental de un electrón. El FHQE es la firma por excelencia del comportamiento fuertemente correlacionado entre las partículas portadoras de carga en dos dimensiones.

Se sabe que el FHQE existe en semiconductores, sistemas de electrones bidimensionales, donde los electrones son partículas masivas que obedecen a la dinámica convencional versus la dinámica relativista de las partículas sin masa. Sin embargo, Hasta ahora no era obvio que los electrones ultrarrelativistas del grafeno serían capaces de exhibir fenómenos colectivos que dan lugar al FHQE. Los físicos de Rutgers se sorprendieron de que el FHQE en el grafeno sea incluso más robusto que en los semiconductores estándar.

Los científicos hacen parches de grafeno frotando grafito, el mismo material en la mina de un lápiz ordinaria, sobre una oblea de silicio. que es una fina rodaja de cristal de silicio que se utiliza para fabricar chips de computadora. Luego, ejecutan rutas eléctricas a los parches de grafeno utilizando técnicas de fabricación de circuitos integrados ordinarios. Si bien los científicos pudieron investigar muchas propiedades del dispositivo electrónico de grafeno resultante, no pudieron inducir el ansiado efecto Hall cuántico fraccional.

Andrei y su grupo propusieron que las impurezas o irregularidades en la fina capa de dióxido de silicio subyacente al grafeno impedían que los científicos lograran las condiciones exactas que necesitaban. El becario postdoctoral Xu Du y el estudiante de pregrado Anthony Barker pudieron demostrar que grabar varias capas de dióxido de silicio debajo de los parches de grafeno esencialmente deja una tira de grafeno intacta suspendida en el aire por los electrodos. Esto permitió al grupo demostrar que los portadores en el grafeno suspendido se propagan esencialmente balísticamente sin dispersarse de las impurezas. Otro paso crucial fue diseñar y fabricar una geometría de sonda que no interfiriera con las mediciones como Andrei sospechaba que estaban haciendo las anteriores. Estos resultaron pasos decisivos para observar el comportamiento correlacionado en el grafeno.

En los últimos meses, otros grupos de investigación académicos y corporativos han informado sobre técnicas de producción de grafeno optimizadas, lo que impulsará nuevas investigaciones y aplicaciones potenciales.

Fuente:Universidad de Rutgers (noticias:web)