Físicos de la Universidad de Duisburg-Essen y sus socios cooperantes han descubierto que pequeñas láminas de grafeno pueden convertirse en electroimanes bajo radiación infrarroja. El estudio se publica en la revista Nature Communications. .
La muestra en sí es invisible para el ojo humano:hay pequeños discos en una superficie de 2 x 2 milímetros, cada uno con un diámetro de 1,2 micrómetros, sólo una centésima parte del ancho de un cabello humano promedio. Consisten en dos capas de grafeno, dos láminas de átomos de carbono que se encuentran una encima de la otra como si fueran panqueques. Sus electrones se mueven libremente en el material y pueden verse influenciados por campos electromagnéticos.
El grupo de trabajo del Prof. Dr. Martin Mittendorff de Física Experimental de la Universidad de Duisburg-Essen (UDE) investiga desde hace años las ondas en sistemas de electrones, los llamados plasmones, en el Centro de Investigación Colaborativa 1242. En este caso, el equipo utilizó radiación de terahercios (THz) polarizada circularmente en el rango infrarrojo para excitar los electrones. "Se puede pensar en las láminas de grafeno como cubos llenos de agua:los electrones", explica Mittendorff. "Si remueves el interior del cubo con un palo, se empiezan a formar corrientes circulares."
De forma análoga, los portadores de carga excitados por la radiación THz en forma de sacacorchos se mueven circularmente en los discos y actúan así como pequeños electroimanes. Durante el experimento, se generaron campos magnéticos en el rango de 0,5 Tesla; esto equivale a unas 10.000 veces el campo magnético de la Tierra. La frecuencia del plasmón se puede ajustar mediante el diámetro del disco de grafeno. En cuanto a su efecto, estos pequeños discos son comparables a potentes imanes permanentes, pero se pueden encender y apagar en picosegundos, es decir, en una billonésima parte de segundo.
Aunque los experimentos son investigación básica, existen aplicaciones potenciales realistas:mediante el uso de discos de grafeno, los físicos han desarrollado campos magnéticos conmutados ópticamente que pueden usarse para influir en otros materiales cercanos. En los puntos cuánticos que iluminan las pantallas, por ejemplo, se puede ajustar el color de la luz. En cuanto a los materiales magnetocalóricos, cambian su temperatura en función del campo magnético aplicado.
Esta publicación es el resultado de una colaboración entre el grupo de trabajo de Mittendorff y socios nacionales e internacionales:los discos de grafeno se fabricaron en la Universidad de Maryland (EE.UU.) y las mediciones se llevaron a cabo en el Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf.
Más información: Jeong Woo Han et al, Fuertes campos magnéticos transitorios inducidos por plasmones impulsados por THz en discos de grafeno, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-43412-x
Información de la revista: Comunicaciones sobre la naturaleza
Proporcionado por la Universidad de Duisburg-Essen
