Descubierto un nuevo efecto cuántico en el grafeno natural

Un equipo internacional de investigación descubre que el carbono atómicamente delgado genera su propio campo magnético

08.10.2021 - Alemania

Normalmente, la resistencia eléctrica de un material depende mucho de sus dimensiones físicas y propiedades fundamentales. Sin embargo, en circunstancias especiales, esta resistencia puede adoptar un valor fijo independiente de las propiedades básicas del material y "cuantificado" (lo que significa que cambia en pasos discretos y no de forma continua). Esta cuantificación de la resistencia eléctrica se produce normalmente en campos magnéticos intensos y a temperaturas muy bajas, cuando los electrones se mueven de forma bidimensional. Ahora, un equipo de investigación dirigido por la Universidad de Gotinga ha conseguido demostrar este efecto a bajas temperaturas en ausencia casi total de un campo magnético en el grafeno de doble capa natural, que sólo tiene dos átomos de espesor. Los resultados del estudio se han publicado en Nature.

El equipo de la Universidad de Gotinga, la Universidad Ludwig Maximilian de Múnich y la Universidad de Texas (Dallas) utilizó grafeno de dos capas en su forma natural. Los delicados copos de grafeno se ponen en contacto con técnicas de microfabricación estándar y el copo se coloca de forma que cuelgue libremente como un puente, sujeto en los bordes por dos contactos metálicos. Las capas dobles de grafeno, extremadamente limpias, muestran una cuantificación de la resistencia eléctrica a bajas temperaturas y campos magnéticos casi indetectables. Además, la corriente eléctrica fluye sin pérdida de energía. La razón de ello es una forma de magnetismo que no se genera de la manera habitual como se ve en los imanes convencionales (es decir, por la alineación de los momentos magnéticos intrínsecos de los electrones), sino por el movimiento de las partículas cargadas en la propia doble capa de grafeno. "En otras palabras, las partículas generan su propio campo magnético intrínseco, lo que conduce a la cuantificación de la resistencia eléctrica", explica el profesor Thomas Weitz, de la Universidad de Gotinga.

La razón por la que este efecto es especial, no es sólo que sólo requiere un campo eléctrico, sino que se produce en ocho versiones diferentes que pueden ser controladas por campos magnéticos y eléctricos aplicados. El resultado es un alto grado de control, ya que el efecto puede activarse y desactivarse y la dirección del movimiento de las partículas cargadas puede invertirse. "Esto lo convierte en un candidato realmente interesante para posibles aplicaciones, por ejemplo, en el desarrollo de componentes informáticos innovadores en el campo de la espintrónica, que podría tener implicaciones para el almacenamiento de datos", afirma Weitz. "Además, es una ventaja que podamos mostrar este efecto en un sistema compuesto por un material sencillo y de origen natural. Esto contrasta con las recientemente popularizadas 'heteroestructuras', que requieren una composición compleja y precisa de diferentes materiales."

Sin embargo, primero hay que seguir investigando el efecto y encontrar formas de estabilizarlo a temperaturas más elevadas, ya que actualmente sólo se produce hasta cinco grados por encima del cero absoluto (siendo este último 273 grados por debajo de 0oC)."

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