Movimiento de los puntos de Dirac. Imagen (c) Naturaleza , doi:10.1038 / nature10871
(PhysOrg.com) - A medida que los investigadores continúan estudiando el grafeno y sus atributos únicos, se encuentran obsesionados con diferentes áreas de sus propiedades. Una de esas propiedades es que debido a su estructura de celosía, el grafeno es un semiconductor de "espacio cero". Esto significa que sus bandas de conducción y de cenefa de electrones se tocan entre sí en ciertos puntos, lo que significa que no hay brecha de energía entre ellos, como es el caso de los materiales semiconductores actuales. Y esto significa que la asociación de momento y energía es muy similar a la de los fotones, lo que implica que los electrones podrían moverse a velocidades cercanas a la velocidad de la luz. Estas partes de la estructura del grafeno se conocen como puntos de Dirac. Sin embargo, hasta ahora nadie ha podido ver ninguna evidencia del mundo real de tales puntos, mucho menos manipularlos.
Ahora, Tilman Esslinger y sus colegas investigadores en el Instituto de Óptica Cuántica en ETH Zurich han encontrado una manera de hacer eso simulando el grafeno y sus propiedades utilizando una red creada con láser llena de átomos de potasio-40. Informan sobre sus hallazgos en la revista. Naturaleza .
El experimento comenzó enfriando átomos de potasio-40, dejándolos letárgicos para que no se alejen del enrejado. Su función era servir como sustitutos de los electrones que se mueven en el grafeno. Luego, para crear la celosía, el equipo disparó un láser perpendicular a otro haciendo que los dos interfirieran entre sí. Luego se agregó un tercer rayo láser con una longitud de onda ligeramente diferente para crear una onda estacionaria. En este escenario, la celosía cuadrada resultante podría ajustarse ajustando la tercera viga. Luego, el equipo probó la celosía en busca de puntos de Dirac acelerando los átomos y midiendo sus trayectorias y encontró dos de ellos al notar que el impulso entre las celdas de la celosía no disminuyó, lo que significa que no había ninguna brecha. Mejor todavía, el equipo descubrió que ajustando la celosía podían manipular los puntos de Dirac, moviéndolos o incluso haciendo que desaparezcan por completo.
La distribución de densidad de los átomos de potasio medida después de la aceleración a través de los puntos de Dirac (izquierda y centro), y sin punto de Dirac (derecha). La fila superior muestra las regiones correspondientes de la estructura de bandas calculada. (Imagen:Grupo de investigación de Tilman Esslinger / ETH Zurich)
En un interesante giro de los acontecimientos, Otro equipo que adoptó un enfoque completamente diferente también ha logrado encontrar una manera de mostrar la existencia de puntos de Dirac y de manipularlos sintetizando una forma de grafeno y colocándolo en la familiar celosía de alambre de gallinero sobre un sustrato conductor y luego manipulándolo con un microscopio de efecto túnel. También han publicado sus resultados en Naturaleza .
Encontrar formas de mostrar cómo se pueden manipular los puntos de Dirac ayudará a encontrar formas de usar el grafeno en aplicaciones del mundo real que podrían resultar en nuevos materiales exóticos con propiedades electrónicas únicas. dando lugar a productos finales que en algunos casos ni siquiera se pueden imaginar.
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