Los científicos han descubierto una nueva comprensión de la física de los materiales conductores al observar el movimiento inusual de los electrones en el grafeno.

El grafeno es mucho más conductor que el cobre gracias, en parte, a su estructura bidimensional. En la mayoría de los metales, la conductividad está limitada por las imperfecciones del cristal que hacen que los electrones se dispersen con frecuencia como bolas de billar cuando se mueven a través del material.

Ahora, Las observaciones en experimentos en el Instituto Nacional de Grafeno han proporcionado una comprensión esencial sobre el comportamiento peculiar de los flujos de electrones en el grafeno, que deben tenerse en cuenta en el diseño de futuros circuitos nanoelectrónicos.

En algunos materiales de alta calidad, como el grafeno, los electrones pueden viajar distancias de micrones sin dispersarse, mejorando la conductividad por órdenes de magnitud. Este llamado régimen balístico, impone la máxima conductancia posible para cualquier metal normal, que se define por el formalismo Landauer-Buttiker.

Apareciendo hoy en Física de la naturaleza , investigadores de la Universidad de Manchester, en colaboración con físicos teóricos dirigidos por el profesor Marco Polini y el profesor Leonid Levitov, muestran que el límite fundamental de Landauer se puede romper en el grafeno. Aún más fascinante es el mecanismo responsable de esto.

El año pasado, un nuevo campo de la física del estado sólido denominado "hidrodinámica de electrones" generó un gran interés científico. Tres experimentos diferentes, incluyendo uno realizado por la Universidad de Manchester, demostró que a ciertas temperaturas, los electrones chocan entre sí con tanta frecuencia que comienzan a fluir colectivamente como un fluido viscoso.

La nueva investigación demuestra que este fluido viscoso es incluso más conductor que los electrones balísticos. El resultado es bastante contrario a la intuición, Dado que los eventos de dispersión típicamente actúan para reducir la conductividad de un material, porque inhiben el movimiento dentro del cristal. Sin embargo, cuando los electrones chocan entre sí, comienzan a trabajar juntos y facilitan el flujo de corriente.

Esto sucede porque algunos electrones permanecen cerca de los bordes del cristal, donde la disipación del impulso es mayor, y moverse con bastante lentitud. Al mismo tiempo, protegen a los electrones vecinos de colisionar con esas regiones. Como consecuencia, algunos electrones se vuelven superbalísticos cuando son guiados a través del canal por sus amigos.

Sir Andre Geim dijo:"Sabemos por la escuela que un trastorno adicional siempre crea una resistencia eléctrica adicional. En nuestro caso, el desorden inducido por la dispersión de electrones en realidad reduce más que aumenta la resistencia. Esto es único y bastante contrario a la intuición:los electrones cuando forman un líquido comienzan a propagarse más rápido que si estuvieran libres, como en el vacío ".

Los investigadores midieron la resistencia de las constricciones del grafeno, y encontró que disminuye al aumentar la temperatura, en contraste con el comportamiento metálico habitual esperado para el grafeno dopado.

Al estudiar cómo cambia la resistencia a través de las constricciones con la temperatura, los científicos revelaron una nueva cantidad física a la que llamaron conductancia viscosa. Las mediciones les permitieron determinar la viscosidad de los electrones con una precisión tan alta que los valores extraídos mostraron un notable acuerdo cuantitativo con la teoría.