Investigadores de la Universidad de Manchester en el Reino Unido han descubierto que el efecto Hall, un fenómeno bien conocido desde hace más de un siglo, ya no es tan universal como se pensaba.

En el artículo de investigación publicado en Ciencias esta semana, el grupo dirigido por el profesor Sir Andre Geim y el Dr. Denis Bandurin, descubrió que el efecto Hall puede ser incluso significativamente más débil, si los electrones interactúan fuertemente entre sí dando lugar a un flujo viscoso. El nuevo fenómeno es importante a temperatura ambiente, algo que puede tener implicaciones importantes cuando se fabrican dispositivos electrónicos u optoelectrónicos.

Al igual que las moléculas en gases y líquidos, los electrones en los sólidos chocan con frecuencia entre sí y, por lo tanto, también pueden comportarse como fluidos viscosos. Estos fluidos de electrones son ideales para encontrar nuevos comportamientos de materiales en los que las interacciones electrón-electrón son particularmente fuertes. El problema es que la mayoría de los materiales rara vez son lo suficientemente puros como para permitir que los electrones entren en el régimen viscoso. Esto se debe a que contienen muchas impurezas de las que los electrones pueden dispersarse antes de que tengan tiempo de interactuar entre sí y organizar un flujo viscoso.

El grafeno puede resultar muy útil aquí:la hoja de carbón es un material muy limpio que contiene solo algunos defectos, impurezas y fonones (vibraciones de la red cristalina inducidas por la temperatura) de modo que las interacciones electrón-electrón se convierten en la principal fuente de dispersión, lo que conduce a un flujo de electrones viscoso.

"En trabajos anteriores, Nuestro grupo descubrió que el flujo de electrones en el grafeno puede tener una viscosidad de hasta 0,1 m ² s ^-1 , que es 100 veces más alta que la de la miel, "dijo el Dr. Bandurin" En esta primera demostración de hidrodinámica electrónica, descubrimos fenómenos muy inusuales como la resistencia negativa, remolinos de electrones y flujo superballístico ".

Se producen efectos aún más inusuales cuando se aplica un campo magnético a los electrones del grafeno cuando están en régimen viscoso. Los teóricos ya han estudiado extensamente la electro-magnetohidrodinámica debido a su relevancia para los plasmas en los reactores nucleares y en las estrellas de neutrones. así como para la mecánica de fluidos en general. Pero, ningún sistema experimental práctico en el que probar esas predicciones (como una gran magnetorresistencia negativa y una resistividad de Hall anómala) estaba disponible hasta ahora.

En sus últimos experimentos, Los investigadores de Manchester fabricaron dispositivos de grafeno con muchas sondas de voltaje colocadas a diferentes distancias de la ruta de la corriente eléctrica. Algunos de ellos tenían menos de una micra entre sí. Geim y sus colegas demostraron que, si bien el efecto Hall es completamente normal si se mide a grandes distancias de la ruta actual, su magnitud disminuye rápidamente si se prueba localmente, utilizando contactos cercanos al inyector de corriente.

"El comportamiento es radicalmente diferente al de la física estándar de los libros de texto", dice Alexey Berdyugin, un doctorado estudiante que realizó el trabajo experimental. "Observamos que si los contactos de voltaje están lejos de los contactos de corriente, medimos lo viejo, aburrido efecto Hall en lugar de este nuevo "efecto Hall viscoso". Pero, si colocamos las sondas de voltaje cerca de los puntos de inyección de corriente, el área en la que la viscosidad se manifiesta más dramáticamente como remolinos en el flujo de electrones, entonces encontramos que el efecto Hall disminuye.

"Los cambios cualitativos en el flujo de electrones causados ​​por la viscosidad persisten incluso a temperatura ambiente si los dispositivos de grafeno tienen un tamaño inferior a una micra, dice Berdyugin. "Dado que este tamaño se ha convertido en una rutina en estos días en lo que respecta a los dispositivos electrónicos, los efectos viscosos son importantes a la hora de fabricar o estudiar dispositivos de grafeno ".