Nuevos experimentos han demostrado que es posible que corrientes extremadamente altas pasen a través del grafeno, una forma de carbono. Esto permite que los desequilibrios en la carga eléctrica se rectifiquen rápidamente.

Una vez más, El grafeno ha demostrado ser un material bastante especial:un equipo de investigación internacional dirigido por el profesor Fritz Aumayr del Instituto de Física Aplicada de TU Wien pudo demostrar que los electrones del grafeno son extremadamente móviles y reaccionan muy rápidamente. Al impactar iones de xenón con una carga eléctrica particularmente alta en una película de grafeno, se desprende una gran cantidad de electrones del grafeno en un lugar muy preciso. Sin embargo, el material pudo reemplazar los electrones en algunos femtosegundos. Esto resultó en corrientes extremadamente altas, que no se mantendría en circunstancias normales. Sus extraordinarias propiedades electrónicas hacen del grafeno un candidato muy prometedor para futuras aplicaciones en el campo de la electrónica.

El Helmholtz-Centre Dresden-Rossendorf y la Universidad de Duisburg-Essen participaron en el experimento junto con TU Wien. El equipo internacional recibió apoyo teórico de París y San Sebastián, así como del personal interno (Instituto de Física Teórica de TU Wien).

Iones muy cargados

'Trabajamos con iones de xenón extremadamente cargados, 'explica Elisabeth Gruber, estudiante de doctorado del equipo de investigación del profesor Aumayr. 'Se eliminan hasta 35 electrones de los átomos de xenón, lo que significa que los átomos tienen una carga eléctrica positiva alta ».

Estos iones luego se disparan a una sola capa independiente de grafeno, que se sujeta entre soportes microscópicamente pequeños. 'El ión de xenón penetra en la película de grafeno, eliminando así un átomo de carbono del grafeno, pero eso tiene muy poco efecto, a medida que la brecha que se ha abierto en el grafeno se rellena con otro átomo de carbono, 'explica Elisabeth Gruber. 'Para nosotros, lo que es mucho más interesante es cómo el campo eléctrico del ión altamente cargado afecta a los electrones de la película de grafeno ».

Esto sucede incluso antes de que el ión xenón altamente cargado colisione con la película de grafeno. A medida que se acerca el ion altamente cargado, comienza a arrancar electrones del grafeno debido a su campo eléctrico extremadamente fuerte. Para cuando el ion haya atravesado completamente la capa de grafeno, tiene una carga positiva de menos de 10, en comparación con más de 30 cuando comenzó. El ion es capaz de extraer más de 20 electrones de una pequeña área de la película de grafeno.

Esto significa que ahora faltan electrones en la capa de grafeno, por lo que los átomos de carbono que rodean el punto de impacto de los iones xenón están cargados positivamente. 'Lo que esperaría que sucediera ahora es que estos iones de carbono cargados positivamente se repelen entre sí, volando en lo que se llama una explosión de Coulomb y dejando un gran espacio en el material, 'dice Richard Wilhelm del Helmholtz-Center Dresden-Rossendorf, quien actualmente trabaja en TU Wien como asistente postdoctoral. 'Pero asombrosamente, ese no es el caso. La carga positiva del grafeno se neutraliza casi instantáneamente ”.

Esto solo es posible porque se puede reemplazar una cantidad suficiente de electrones en el grafeno en un marco de tiempo extremadamente corto de varios femtosegundos (cuadrillonésimas de segundo). “La respuesta electrónica del material a la rotura causada por el ión xenón es extremadamente rápida. Las fuertes corrientes de las regiones vecinas de la película de grafeno reabastecen rápidamente los electrones antes de que se produzca una explosión debido a que las cargas positivas se repelen entre sí. 'explica Elisabeth Gruber. 'La densidad de corriente es alrededor de 1000 veces mayor que la que conduciría a la destrucción del material en circunstancias normales, pero en estas distancias y escalas de tiempo, el grafeno puede soportar corrientes tan extremas sin sufrir ningún daño ”.

Electrónica ultrarrápida

Esta movilidad de electrones extremadamente alta en el grafeno es de gran importancia para una serie de aplicaciones potenciales:'La esperanza es que por esta misma razón, será posible utilizar grafeno para construir dispositivos electrónicos ultrarrápidos. El grafeno también parece ser excelente para su uso en óptica, por ejemplo en la conexión de componentes ópticos y electrónicos, 'dice Aumayr.