José Tadeu Arantes | Agencia FAPESP – Una sola hoja de grafeno tiene ya, en sí mismo, notables propiedades resultantes de un fenómeno cuántico en su estructura electrónica: los llamados “conos de Dirac”, llamado así en honor al físico británico Paul Dirac Adrien (1902-1984) , El Nobel de Física en 1933.

Sin embargo, el sistema se vuelve aún más interesante si se compone de dos láminas de grafeno se superponen, uno de ellos se hace girar mínimamente, en el plan que se encuentra, de manera que los alvéolos de las dos redes de carbono no coinciden completamente.

El descubrimiento, hecho en investigación teórica, abre el camino para futuras aplicaciones tecnológicas. Estudio, realizado por el investigador brasileño joven, fue publicado como el artículo de portada de la revista Physical Review Letters.

Para ángulos de giro específicos, el grafeno pasa a exhibir propiedades exóticas, como la superconductividad – no resistencia al paso de la corriente eléctrica -, por ejemplo.

Un nuevo estudio, realizado por el brasileño física Aline Ramires con el español José de costado, la ETH Zurich (Suiza) mostró que la aplicación de un campo eléctrico en un sistema de este tipo produce un efecto similar a la aplicación de un campo magnético extremadamente intenso en dos hojas de grafeno alineadas.

Artículo sobre el tema fue publicado como el artículo de portada para la revista Physical Review Letters. Texto versión completa también se puede acceder en la plataforma Arxiv . Ramires, un investigador del Instituto de Física Teórica de la Universidad Estatal Paulista (UNESP) y el Instituto Americano para la Investigación Fundamental del Sur (el ICTP-SAIFR), cuenta con el apoyo de la FAPESP a través del Programa de Jóvenes Investigadores en Centros Emergentes.

Esa identificación fue hecha analíticamente por mí y verificada computacionalmente por Lado. Permite a las propiedades electrónicas del grafeno son controlados por campos eléctricos, la generación de campos magnéticos artificiales, pero eficaz, con mucha mayor magnitud que los campos magnéticos reales que se pueden aplicar“, dijo Ramires Agencia FAPESP .

Según ella, es fundamental que las dos hojas de grafeno estén suficientemente próximas para que los orbitales electrónicos de una consiga interactuar con los orbitales electrónicos de la otra.

La proximidad en este caso, es el espaciamiento de los átomos de carbono atómicas – una distancia en el rango Angstroms (10 -10 metros). Otro requisito es que el ángulo de giro de una de las hojas en relación a la otra sea muy pequeño, mucho menor que un grado (α << 1 °).

Si bien es completamente teórico (analítico y numérico), el estudio tiene un evidente potencial tecnológico, por mostrar que un material versátil como el grafeno puede ser manipulado para presentar regímenes hasta ahora inexplorados.

Propuestas anteriores de campos magnéticos artificiales se basaban en la aplicación de fuerzas para deformar el material. Nuestra propuesta permite controlar con mucho más precisión la generación de esos campos. Y eso podría, eventualmente, tener aplicaciones prácticas“, dijo Ramires.

Estos estados exóticos de la materia, inducidos por campos magnéticos artificiales, están asociados a la aparición, en las hojas de grafeno, de “pseudonibles de Landau”.

Los niveles de Landau – así nombrados en homenaje al físico y matemático soviético Lev Landau (1908-1968), Nobel de Física en 1962 – son un fenómeno cuántico que hace que, en presencia de un campo magnético, las partículas eléctricamente cargadas sólo puedan ocupar órbitas con valores discretos de energía. El número de electrones por nivel es directamente proporcional a la magnitud del campo magnético aplicado.

Estos estados están bien localizados en el espacio y, cuando las partículas interactúan en esos niveles, las interacciones son mucho más intensas que las comunes. La formación de “pseudonibles de Landau” explica por qué los campos magnéticos artificiales hacen surgir en el material propiedades exóticas como superconductividad o líquidos de spin“, dijo Ramires.