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(Noticias de Nanowerk) Un equipo de investigación internacional dirigido por la Universidad de Göttingen descubrió nuevos efectos cuánticos en estudios de alta precisión sobre grafeno natural de doble capa y los interpretó junto con la Universidad de Texas en Dallas sobre la base de 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 Naturaleza («Cascada cuántica de fases correlacionadas en grafeno de dos capas distorsionado trigonalmente»).
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. El grafeno es conocido por su conductividad eléctrica excepcionalmente alta, entre otras propiedades inusuales. Si dos capas individuales de grafeno se tuercen en un ángulo muy específico entre sí, el sistema incluso se vuelve superconductor, es decir, conduce la electricidad sin resistencia y muestra otros efectos cuánticos emocionantes como el magnetismo. Sin embargo, la producción de tales capas dobles de grafeno retorcidas ha requerido hasta ahora un mayor esfuerzo técnico.
Este nuevo estudio utilizó la forma natural de grafeno bicapa, que no 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 hay una fuerte acumulación de portadores de carga con energías similares.
A temperaturas justo por encima del cero absoluto de menos 273,15 grados centígrados, los electrones del grafeno pueden interactuar entre sí, y una gran cantidad de fases cuánticas complejas surgen de manera completamente inesperada. Las interacciones, por ejemplo, alinean los espines de los electrones, haciendo 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 ciertas condiciones, la libertad de movimiento de los electrones puede verse restringida hasta el punto de que forman su propia red electrónica y ya no pueden contribuir al transporte de carga debido a su interacción de repulsión mutua. Entonces el sistema se aísla eléctricamente.
«La investigación futura ahora puede concentrarse en investigar otros estados cuánticos», dicen el profesor Thomas Weitz y la estudiante de doctorado Anna Seiler de la Facultad de Física de la Universidad de Göttingen. «Para obtener acceso a otras aplicaciones, como sistemas informáticos novedosos como las computadoras cuánticas, los investigadores tendrían que descubrir cómo se podrían lograr estos resultados a temperaturas más altas debido a la simplicidad de la fabricación de los materiales».
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