Investigadores de la Universidad de Stanford y SLAC National Accelerator Laboratory han creado el primer sistema de "electrones de diseño":variantes exóticas de electrones ordinarios con propiedades sintonizables que, en última instancia, pueden conducir a nuevos tipos de materiales y dispositivos.

"El comportamiento de los electrones en los materiales está en el corazón de esencialmente todas las tecnologías actuales, "dijo Hari Manoharan, profesor asociado de física en Stanford y miembro del Instituto Stanford de Ciencias de Materiales y Energía de SLAC, quien dirigió la investigación. "Ahora podemos ajustar las propiedades fundamentales de los electrones para que se comporten de formas que rara vez se ven en materiales ordinarios".

Sus primeros ejemplos, informó hoy en Naturaleza , fueron hechos a mano, estructuras en forma de panal inspiradas en el grafeno, una forma pura de carbono que ha sido ampliamente anunciada por su potencial en la electrónica del futuro. Inicialmente, los electrones de esta estructura tenían propiedades similares al grafeno; por ejemplo, a diferencia de los electrones ordinarios, no tenían masa y viajaban como si se movieran a la velocidad de la luz en el vacío. Pero los investigadores pudieron sintonizar estos electrones de formas que son difíciles de hacer en el grafeno real.

Para hacer la estructura, que Manoharan llama grafeno molecular, los científicos utilizan un microscopio de efecto túnel para colocar moléculas de monóxido de carbono individuales sobre una superficie de cobre perfectamente lisa. El monóxido de carbono repele los electrones que fluyen libremente en la superficie del cobre y los fuerza a formar un patrón de panal, donde se comportan como electrones de grafeno.

Para ajustar las propiedades de los electrones, los investigadores reposicionaron las moléculas de monóxido de carbono en la superficie; esto cambió la simetría del flujo de electrones. En algunas configuraciones, los electrones actuaron como si hubieran estado expuestos a un campo magnético o eléctrico. En otros, los investigadores pudieron ajustar con precisión la densidad de los electrones en la superficie mediante la introducción de defectos o impurezas. Al escribir patrones complejos que imitaban cambios en las longitudes y fortalezas de los enlaces carbono-carbono en el grafeno, los investigadores pudieron restaurar la masa de los electrones en pequeños, áreas seleccionadas.

"Una de las cosas más salvajes que hicimos fue hacer que los electrones pensaran que estaban en un enorme campo magnético cuando, De hecho, no se ha aplicado ningún campo real, "Dijo Manoharan. Guiado por la teoría desarrollada por el coautor Francisco Guinea de España, El equipo de Stanford calculó las posiciones donde deberían estar los átomos de carbono en el grafeno para hacer creer a sus electrones que estaban expuestos a campos magnéticos que van desde cero hasta 60 Tesla. más del 30 por ciento más alto que el campo magnético continuo más fuerte jamás logrado en la Tierra. Luego, los investigadores movieron moléculas de monóxido de carbono para dirigir los electrones hacia esas posiciones precisamente, y los electrones respondieron comportándose exactamente como se predijo, como si hubieran estado expuestos a un campo real.

"Nuestro nuevo enfoque es un nuevo y poderoso banco de pruebas para la física, "Dijo Manoharan." El grafeno molecular es solo el primero de una serie de posibles estructuras de diseño. Esperamos que nuestra investigación finalmente identifique nuevos materiales a nanoescala con propiedades electrónicas útiles ".