Ciencia de los Materiales
El grafeno es capaz de albergar nuevos y exóticos estados cuánticos en sus bordes
El grafeno, un singular material que consiste en una sola capa de átomos de carbono colocados en una retícula hexagonal, similar a la de un panal de miel, se ha vuelto un material estrella para todo tipo de usos, estimulando ello a que ejércitos de investigadores exploren sus usos potenciales.
Pero una nueva investigación en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en Cambridge, Estados Unidos, revela que la gama de aplicaciones del grafeno es aún mayor de lo creído, al constatarse que este material tiene además un buen potencial para la computación cuántica y quizá para otros usos exóticos. El hallazgo se ha hecho al descubrir en el material algunas características inesperadas que se presentan bajo ciertas condiciones extremas.
Sometiendo el grafeno a la acción de un campo magnético muy potente y a una temperatura muy baja, el equipo de Pablo Jarillo-Herrero, Ray Ashoori, Andrea Young, Ben Hunt y Javier Sanchez-Yamaguchi, encontró que el grafeno puede filtrar con eficacia electrones según la dirección de su espín, algo que no puede realizar un sistema electrónico convencional.
Bajo condiciones normales, las láminas de grafeno se comportan como conductores normales: Si se aplica una corriente, ésta fluye a través de la delgadísima lámina. Sin embargo, si se activa un campo magnético perpendicular a la lámina de grafeno, el comportamiento cambia: La corriente sólo fluye por el borde, mientras que el interior se comporta como un aislante. Además, esta corriente sólo fluye en una dirección: en sentido horario o en el sentido contrario, dependiendo de la orientación del campo magnético. El fenómeno se conoce como Efecto Hall Cuántico.
![[Img #17546]](upload/img/periodico/img_17546.jpg)
En una lámina de grafeno -aquí representada como la superficie horizontal con un patrón hexagonal de átomos de carbono- sometida a un campo magnético intenso, los electrones se pueden mover sólo por los bordes. Además, los electrones con un espín específico se pueden mover sólo en una dirección particular por los bordes -indicados mediante flechas azules- mientras que los electrones con el espín opuesto son bloqueados -como muestran las flechas rojas. (Foto cortesía de los investigadores)
En el nuevo trabajo, los investigadores encontraron que si se aplica un segundo campo magnético potente, esta vez en el mismo plano que la lámina de grafeno, el comportamiento del material cambia nuevamente: Los electrones pueden moverse por el borde conductor en cualquier dirección; mientras los que tienen un tipo de espín se mueven en una dirección, los que tienen el espín opuesto se desplazan en sentido contrario.
Pero además, variando el campo magnético, se pueden activar y desactivar estos estados del borde. Esa capacidad de conmutación hace creer que tal vez sea viable crear circuitos y transistores valiéndose para ello de tan singular plataforma conductora.
Hay otro beneficio de esta selectividad del espín: Evita un fenómeno que entorpece el movimiento de los electrones. Como resultado, las imperfecciones que normalmente arruinarían las propiedades electrónicas del material tienen poco efecto. Incluso si los bordes están un tanto "sucios", los electrones se mueven por estos bordes casi a la perfección.
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Pero una nueva investigación en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en Cambridge, Estados Unidos, revela que la gama de aplicaciones del grafeno es aún mayor de lo creído, al constatarse que este material tiene además un buen potencial para la computación cuántica y quizá para otros usos exóticos. El hallazgo se ha hecho al descubrir en el material algunas características inesperadas que se presentan bajo ciertas condiciones extremas.
Sometiendo el grafeno a la acción de un campo magnético muy potente y a una temperatura muy baja, el equipo de Pablo Jarillo-Herrero, Ray Ashoori, Andrea Young, Ben Hunt y Javier Sanchez-Yamaguchi, encontró que el grafeno puede filtrar con eficacia electrones según la dirección de su espín, algo que no puede realizar un sistema electrónico convencional.
Bajo condiciones normales, las láminas de grafeno se comportan como conductores normales: Si se aplica una corriente, ésta fluye a través de la delgadísima lámina. Sin embargo, si se activa un campo magnético perpendicular a la lámina de grafeno, el comportamiento cambia: La corriente sólo fluye por el borde, mientras que el interior se comporta como un aislante. Además, esta corriente sólo fluye en una dirección: en sentido horario o en el sentido contrario, dependiendo de la orientación del campo magnético. El fenómeno se conoce como Efecto Hall Cuántico.
En una lámina de grafeno -aquí representada como la superficie horizontal con un patrón hexagonal de átomos de carbono- sometida a un campo magnético intenso, los electrones se pueden mover sólo por los bordes. Además, los electrones con un espín específico se pueden mover sólo en una dirección particular por los bordes -indicados mediante flechas azules- mientras que los electrones con el espín opuesto son bloqueados -como muestran las flechas rojas. (Foto cortesía de los investigadores)
Pero además, variando el campo magnético, se pueden activar y desactivar estos estados del borde. Esa capacidad de conmutación hace creer que tal vez sea viable crear circuitos y transistores valiéndose para ello de tan singular plataforma conductora.
Hay otro beneficio de esta selectividad del espín: Evita un fenómeno que entorpece el movimiento de los electrones. Como resultado, las imperfecciones que normalmente arruinarían las propiedades electrónicas del material tienen poco efecto. Incluso si los bordes están un tanto "sucios", los electrones se mueven por estos bordes casi a la perfección.
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