Un equipo de investigación internacional dirigido por la Universidad de Göttingen ha detectado nuevos efectos cuánticos en estudios de alta precisión de grafeno natural de doble capa y los ha interpretado junto con la Universidad de Texas en Dallas utilizando su trabajo teórico. Esta investigación proporciona nuevos conocimientos sobre la interacción de los portadores de carga y las diferentes fases, y contribuye a la comprensión de los procesos involucrados. La LMU en Munich y el Instituto Nacional de Ciencia de Materiales en Tsukuba, Japón, también participaron en la investigación. Los resultados fueron publicados en Nature .

El nuevo material grafeno, una capa delgada como una oblea de átomos de carbono, fue descubierto por primera vez por un equipo de investigación británico en 2004. Entre otras propiedades inusuales, el grafeno es conocido por su extraordinariamente alta conductividad eléctrica. Si dos capas de grafeno individuales se retuercen en un ángulo muy específico entre sí, el sistema incluso se vuelve superconductor (es decir, conduce la electricidad sin ninguna resistencia) y exhibe otros efectos cuánticos emocionantes como el magnetismo. Sin embargo, la producción de tales capas dobles de grafeno retorcido ha requerido hasta ahora un mayor esfuerzo técnico.

Este nuevo estudio utilizó la forma natural de grafeno de doble capa, donde no se requiere una fabricación compleja. En un primer paso, la muestra se aísla de una pieza de grafito en el laboratorio mediante una simple cinta adhesiva. Para observar los efectos de la mecánica cuántica, el equipo de Göttingen aplicó un alto campo eléctrico perpendicular a la muestra:la estructura electrónica del sistema cambia y se produce una fuerte acumulación de portadores de carga con energía similar.

A temperaturas justo por encima del cero absoluto de menos 273,15 grados centígrados, los electrones del grafeno pueden interactuar entre sí y una variedad de fases cuánticas complejas emergen de manera completamente inesperada. Por ejemplo, las interacciones hacen que los espines de los electrones se alineen, lo que hace que el material sea magnético sin ninguna otra influencia externa. Al cambiar el campo eléctrico, los investigadores pueden cambiar continuamente la fuerza de las interacciones de los portadores de carga en el grafeno de doble capa. Bajo condiciones específicas, los electrones pueden estar tan restringidos en su libertad de movimiento que forman su propia red electrónica y ya no pueden contribuir al transporte de carga debido a su interacción de repulsión mutua. El sistema es entonces eléctricamente aislante.

"La investigación futura ahora puede centrarse en investigar más estados cuánticos", dice el profesor Thomas Weitz y Ph.D. estudiante Anna Seiler, Facultad de Física de la Universidad de Göttingen. "Para acceder a otras aplicaciones, por ejemplo, nuevos sistemas informáticos como las computadoras cuánticas, los investigadores tendrían que encontrar cómo se podrían lograr estos resultados a temperaturas más altas. Sin embargo, una de las principales ventajas del sistema actual desarrollado en nuestra nueva investigación radica en la simplicidad de la fabricación de los materiales.” + Explora más

Nuevo efecto cuántico descubierto en grafeno natural