Los físicos del MIT y sus colegas han desarrollado una autopista de cinco carriles para los electrones, allanando el camino para dispositivos electrónicos ultraeficientes. Este trabajo, publicado en la edición del 9 de mayo de la revista Science, es parte de una serie de importantes descubrimientos realizados por el mismo equipo durante el año pasado, relacionados con un material único similar a la mina de lápiz.
El material detrás de este descubrimiento, conocido como grafeno romboédrico de cinco capasfue descubierto hace dos años por físicos dirigidos por Long Ju.
“ Hemos encontrado una mina de oro y cada movimiento revela algo nuevo. “, dice el físico, también afiliado al Laboratorio de Investigación de Materiales del MIT.
En un artículo publicado en octubre pasado en Nature Nanotechnology, Long Ju y sus colegas informaron del descubrimiento de tres propiedades importantes del grafeno romboédrico. Por ejemplo, demostraron que podría ser topológico, permitiendo el movimiento sin obstáculos de electrones alrededor del borde del material, pero no a través del medio. Esto dio como resultado una carretera, pero requirió la aplicación de un gran campo magnético, decenas de miles de veces más fuerte que el campo magnético de la Tierra.
En el trabajo actual, el equipo informa que la carretera se ha creado sin campos magnéticos.
Marcha
La mina de lápiz, o grafito, se compone de grafeno, una sola capa de átomos de carbono dispuestos en hexágonos que se asemejan a una estructura de panal. El grafeno romboédrico se compone de cinco capas de grafeno apiladas en un orden específico y superpuesto.
Los investigadores aislaron el grafeno romboédrico utilizando un microscopio innovador que Long Ju construyó en el MIT en 2021, capaz de determinar de forma rápida y relativamente económica varias características importantes de un material a nanoescala. El grafeno apilado en capas romboédricas tiene sólo unas pocas milmillonésimas de metro de espesor.
En el trabajo actual, el equipo modificó el sistema original añadiendo una capa de disulfuro de tungsteno (WS2). “La interacción entre WS2 y el grafeno romboédrico de cinco capas dio como resultado que esta carretera de cinco carriles funcione sin campo magnético», Vuelve a explicar Long Ju.
Comparación con la superconductividad
El fenómeno del grafeno romboédrico, que permite a los electrones viajar sin resistencia en campos magnéticos nulos, se conoce como efecto Hall cuántico anómalo. La mayoría de la gente está más familiarizada con la superconductividad, un fenómeno completamente diferente que permite lo mismo pero ocurre en materiales muy diferentes.
Long Ju señala que, aunque los superconductores se descubrieron en la década de 1910, se necesitaron unos 100 años de investigación para lograr que el sistema funcionara a las temperaturas más altas necesarias para las aplicaciones. “Y el récord mundial sigue estando muy por debajo de la temperatura ambiente.“, él añade.
De manera similar, la autopista romboédrica del grafeno opera actualmente a alrededor de 2 Kelvin o -456 Fahrenheit. “Se necesitará mucho esfuerzo para elevar la temperatura, pero como físicos nuestro trabajo es proporcionar información; una forma diferente de hacer esto [phénomène]», especifica Long Ju.
Un descubrimiento apasionante
Los descubrimientos sobre el grafeno romboédrico fueron el resultado de una minuciosa investigación cuyo éxito no estaba garantizado. “Hemos probado muchas recetas durante muchos meses.“, dice Han, “Así que fue muy emocionante cuando enfriamos el sistema a una temperatura muy baja y [une autoroute à cinq voies fonctionnant sans champ magnétique] aparecido.”
Long Ju concluye: “Es muy emocionante ser el primero en descubrir un fenómeno en un sistema nuevo, especialmente en un material que hemos descubierto.»
Pie de ilustración: Representación artística de la autopista de electrones que se puede formar en el grafeno romboédrico, un tipo particular de grafito (mina de lápiz). Crédito: Sampson Wilcox, Laboratorio de Investigación Electrónica del MIT
Artículo: “Gran efecto Hall anómalo cuántico en grafeno romboédrico próximo a órbita de espín” – DOI: 10.1126/science.adk9749
