Volver magnético al carbono mediante láser

El grafeno, carbono tan delgado que su grosor es de un solo átomo, es un material lleno de sorpresas. Unos científicos han conseguido ahora convertir discos micrométricos de grafeno en potentísimos imanes temporales.

El grafeno, descubierto en 2004, tiene propiedades extraordinarias. Entre ellas se encuentra su capacidad para conducir la electricidad extremadamente bien, y eso es precisamente lo que han aprovechado unos investigadores de Alemania, Polonia, India y Estados Unidos.

El equipo, integrado, entre otros, por Stephan Winnerl, del Centro Helmholtz de Dresde-Rossendorf (HZDR) en Alemania, y Jeong Woo Han, de la Universidad de Duisburgo-Essen en Alemania, aplicó miles de diminutos discos de grafeno de tamaño micrométrico sobre un pequeño chip utilizando técnicas semiconductoras establecidas. A continuación, este chip fue expuesto a un tipo particular de radiación situada entre el rango de las microondas y el de los infrarrojos: pulsos cortos con una longitud de onda del orden de los terahercios.

Para conseguir las mejores condiciones posibles, el equipo utilizó una fuente de luz especial para el experimento: el láser de electrones libres FELBE en el HZDR, que puede generar pulsos de terahercios extremadamente intensos. El resultado fue asombroso: Los diminutos discos de grafeno se convirtieron brevemente en algo calificable de electroimanes.

Winnerl y sus colegas consiguieron que se generasen campos magnéticos del orden de 0,5 teslas, lo que equivale aproximadamente a diez mil veces el campo magnético de la Tierra. Se trataba de pulsos magnéticos cortos, de solo unos diez picosegundos (billonésimas de segundo).

Cuando un pulso de luz polarizada circularmente (mostrada en rojo) incide sobre un disco de grafeno de tamaño micrométrico (mostrado en gris), se crea un campo magnético (líneas negras) durante un instante muy breve. (Imagen: Uta Lucchesi / HZDR)

El requisito previo para el éxito: los investigadores tuvieron que polarizar los destellos de terahercios de una forma específica. Una óptica especializada cambió la dirección de oscilación de la radiación para que se moviera, en sentido figurado, helicoidalmente por el espacio.

Cuando estos destellos polarizados circularmente chocaron con los discos de grafeno de tamaño micrométrico, se produjo el efecto decisivo: estimulados por la radiación, los electrones libres de los discos comenzaron a circular, como el agua de un cubo agitada con un cucharón. Las leyes de la física establecen que una corriente circulante siempre genera un campo magnético. Y por eso, los discos de grafeno se transformaron por un instante en diminutos electroimanes.

Winnerl y sus colegas exponen los detalles técnicos de su avance en la revista académica Nature Communications, bajo el título “Strong transient magnetic fields induced by THz-driven plasmons in graphene disks“. (Fuente: NCYT de Amazings)