Un equipo de investigación internacional dirigido por la Universidad de Göttingen ha demostrado experimentalmente que los electrones en el grafeno de doble capa natural se mueven como partículas sin masa, de la misma manera que viaja la luz. Además, han demostrado que la corriente se puede "encender y apagar", lo que tiene potencial para desarrollar transistores diminutos y energéticamente eficientes, como el interruptor de la luz de tu casa, pero a nanoescala.
En la investigación también participaron el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), Estados Unidos, y el Instituto Nacional de Ciencia de Materiales (NIMS), Japón. Los resultados fueron publicados en Nature Communications. .
El grafeno fue identificado en 2004 y es una sola capa de átomos de carbono. Entre sus muchas propiedades inusuales, el grafeno es conocido por su extraordinariamente alta conductividad eléctrica debido a la alta y constante velocidad de los electrones que viajan a través de este material. Esta característica única ha hecho que los científicos sueñen con utilizar el grafeno para crear transistores mucho más rápidos y energéticamente más eficientes.
El desafío ha sido que, para fabricar un transistor, es necesario controlar que el material tenga un estado altamente aislante además de su estado altamente conductor. Sin embargo, en el caso del grafeno, tal "cambio" en la velocidad del portador no se puede lograr fácilmente. De hecho, el grafeno normalmente no tiene un estado aislante, lo que ha limitado el potencial del grafeno como transistor.
El equipo de la Universidad de Göttingen ha descubierto ahora que dos capas de grafeno, como las que se encuentran en la forma natural del grafeno de doble capa, combinan lo mejor de ambos mundos:una estructura que soporta el movimiento sorprendentemente rápido de electrones que se mueven como la luz como si no tuvieran masa, además de un estado aislante. Los investigadores demostraron que esta condición se puede cambiar mediante la aplicación de un campo eléctrico perpendicular al material, haciendo que el grafeno de doble capa sea aislante.
Esta propiedad de los electrones que se mueven rápidamente se había predicho teóricamente ya en 2009, pero fue necesaria una calidad de muestra significativamente mejorada, como lo permitieron mis materiales suministrados por el NIMS y una estrecha colaboración teórica con el MIT, antes de que fuera posible identificar esto experimentalmente. Si bien estos experimentos se llevaron a cabo a temperaturas criogénicas (alrededor de 273° bajo cero), muestran el potencial del grafeno bicapa para fabricar transistores altamente eficientes.
"Ya conocíamos la teoría, pero ahora hemos llevado a cabo experimentos que realmente muestran la dispersión luminosa de los electrones en el grafeno bicapa. Fue un momento muy emocionante para todo el equipo", dice el profesor Thomas Weitz, de Göttingen. Facultad de Física de la Universidad.
La Dra. Anna Seiler, investigadora postdoctoral y primera autora también de la Universidad de Göttingen, añade:"Nuestro trabajo es en gran medida un primer paso, pero crucial. El siguiente paso para los investigadores será ver si el grafeno bicapa realmente puede mejorar los transistores o investigar el potencial de este efecto en otras áreas de la tecnología."
Más información: Anna M. Seiler et al, Sondeo de la estructura de bandas multicono sintonizables en grafeno bicapa de Bernal, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-47342-0
Información de la revista: Comunicaciones sobre la naturaleza
Proporcionado por la Universidad de Göttingen
