La mecánica cuántica es el campo de la física que gobierna el comportamiento de las cosas en escalas atómicas, donde las cosas funcionan de manera muy diferente a nuestro mundo cotidiano.

Una de las manifestaciones más directas de la mecánica cuántica es la cuantificación. La cuantificación da como resultado el carácter discreto de las propiedades físicas a pequeñas escalas, que podría ser el radio de una órbita atómica o la resistencia de un alambre molecular. El más famoso que le valió a Albert Einstein el Premio Nobel, es la cuantificación de la energía del fotón en el efecto fotoeléctrico:la observación de que muchos metales emiten electrones cuando la luz incide sobre ellos.

La cuantificación ocurre cuando una partícula cuántica está confinada a un espacio pequeño. Su función de onda desarrolla un patrón de onda estacionaria, como olas en un pequeño charco. Los físicos hablan entonces de cuantificación de tamaño:la energía de la partícula solo puede tomar aquellos valores donde el patrón nodal de la onda estacionaria coincide con el límite del sistema.

Una consecuencia sorprendente de la cuantificación del tamaño es la conductancia cuantificada:el número de partículas que pueden atravesar simultáneamente un pasillo estrecho, una llamada nanoconstricción, volverse discreto. Como resultado, la corriente a través de tal constricción es un múltiplo entero del cuanto de conductancia.

En un reciente trabajo conjunto experimental y teórico, un grupo internacional de físicos demostró la cuantificación del tamaño de los portadores de carga, es decir, conductancia cuantificada en muestras de grafeno a nanoescala. Los resultados se han publicado en un artículo llamado "Cuantización de tamaño de fermiones de Dirac en constricciones de grafeno" en Comunicaciones de la naturaleza .

El grafeno de material de alta calidad, una capa de carbono de un solo átomo, incrustado en nitruro de boro hexagonal demuestra una física inusual debido a la simetría hexagonal (o panal de abeja) de su celosía. Sin embargo, La observación de la cuantificación del tamaño de los portadores de carga en nanoconstricciones de grafeno tiene, hasta ahora, resultó difícil de alcanzar debido a la alta sensibilidad de la onda de electrones al desorden.

Los investigadores demostraron efectos de cuantificación a temperaturas muy bajas (helio líquido), donde cesa la influencia del desorden térmico. Este nuevo enfoque, de encapsular las constricciones de grafeno entre capas de nitruro de boro, permitió obtener muestras excepcionalmente limpias. y por lo tanto mediciones de alta precisión.

En campo magnético cero, la corriente medida muestra firmas claras de cuantificación de tamaño, siguiendo de cerca las predicciones teóricas. Para aumentar el campo magnético, estas estructuras evolucionan gradualmente hacia los niveles Landau del efecto Hall cuántico.

"La alta sensibilidad de esta transición a la dispersión en los bordes de constricción revela detalles indispensables sobre el papel de la dispersión de bordes en los futuros dispositivos nanoelectrónicos de grafeno". "dijo Slava V. Rotkin, profesor de física y ciencia e ingeniería de materiales en la Universidad de Lehigh y coautor del estudio.