Un equipo de investigadores insignia de grafeno dirigido por la Universidad de Manchester informó en la revista Ciencias mostrando el primer nuevo tipo de oscilación cuántica del que se informa en treinta años. Esto ocurre mediante la aplicación de un campo magnético y es el primero de su tipo en estar presente a alta temperatura y en la mesoescala. Esta investigación también arroja luz sobre el fenómeno de la mariposa Hofstadter.

La teoría cuántica es el estudio de la física a nivel atómico y subatómico. Cuantifica la energía y el momento y muestra cómo los objetos se caracterizan como partículas y ondas. Las oscilaciones cuánticas se pueden utilizar para mapear las propiedades de nuevos materiales en presencia de un campo magnético. Este artículo muestra cómo es posible ajustar el campo magnético aplicado a una heteroestructura compuesta de grafeno y nitruro de boro para crear una gran cantidad de materiales electrónicos diferentes.

La superrejilla, creado en grafeno por su ubicación exacta con respecto a una capa de nitruro de boro dispuesta periódicamente, interactúa con el campo magnético de tal manera que es posible ajustar su oscilación para fabricar bandas y huecos en su estructura electrónica, lo que significa que el campo magnético se puede utilizar para ajustar los materiales para que sean metálicos, semiconductores o conductores.

Andre Geim, miembro destacado del equipo y premio Nobel de 2010, dice:"Los efectos cuánticos oscilatorios siempre presentan hitos en nuestra comprensión de las propiedades de los materiales. Son extremadamente raros. Han pasado más de 30 años desde que se informó de un nuevo tipo de oscilación cuántica". Añadió "Nuestras oscilaciones destacan por su extrema robustez, sucediendo en condiciones ambientales en campos magnéticos de fácil acceso ".

Este trabajo también arroja más luz sobre la mariposa de Hofstadter, un patrón fractal que describe el comportamiento de los electrones en un campo magnético, medido experimentalmente por primera vez en 2013 utilizando una heteroestructura de grafeno y nitruro de boro. En el trabajo teórico original en el que se basa la mariposa de Hofstadter, los electrones modelados para crear el patrón fractal se trataron como electrones de Bloch (electrones que no interactúan entre sí y se mueven dentro de un potencial eléctrico periódico dentro de una red). La investigación que se muestra aquí ilustra cómo estos patrones fractales complejos pueden verse como cuantificación de Langmuir, que es la cuantificación de las órbitas de ciclotrón (tomando lo que normalmente se considera una órbita circular y, en su lugar, viéndolo como lineal)

Profesor Vladimir Falko, El director del Instituto Nacional de Grafeno comentó:"Nuestro trabajo ayuda a desmitificar la mariposa de Hofstadter. La compleja estructura fractal del espectro de la mariposa de Hofstadter puede entenderse como una simple cuantificación de Landau en la secuencia de nuevos metales creados por el campo magnético".

Profesor Bart van Wees, Jefe del grupo de Física de Nanodispositivos del Instituto Zernike de Materiales Avanzados, Groninga, Holanda agregó:"Siempre hemos considerado las oscilaciones cuánticas como muy frágiles, se destruyen fácilmente a temperaturas más altas, pero los autores han demostrado que ahora se pueden observar a temperatura ambiente, o incluso más. Esta es una buena noticia para las posibles nuevas aplicaciones de estos y otros sistemas que se basan en el apilado de materiales bidimensionales de Van der Waals ".