Investigadores del Instituto Nacional del Grafeno han producido el grafeno más limpio hasta la fecha, permitiendo que los fenómenos cuánticos aparezcan en campos magnéticos tan débiles como el de la Tierra.
El avance fue publicado en Nature por un equipo dirigido por el profesor André Geim, se logró colocando una lámina de grafeno a solo tres átomos por debajo de grafito en masa más limpio. Este «espejo de proximidad» neutraliza los campos eléctricos no deseados, reduciendo el desorden en el grafeno cien veces.
«Imagínenselo como crear la sala limpia definitiva, pero para electrones»
Explica el Dr. Daniil Domaretskiy , primer autor;
«Hemos eliminado casi toda la suciedad que interrumpe el flujo fluido de la corriente eléctrica. De repente, se pueden ver efectos que estaban ocultos, como limpiar una ventana empañada».
En los materiales cuánticos, el desorden oculta efectos delicados y puede impedir el surgimiento de nueva física. Normalmente, los investigadores se esfuerzan al máximo para eliminar impurezas y minimizar las interferencias, pero en el grafeno, el equipo ha llevado esto al extremo: solo queda un electrón sin control por cada 100 millones de átomos de carbono en todo el dispositivo.
Este desorden, en mínimos históricos, implica que los electrones viajan más rápido y a mayor distancia que nunca. Indicadores clave de la calidad de los materiales, como las oscilaciones de Shubnikov-de Haas, ahora son visibles en campos inferiores a 10 Gauss. El famoso efecto Hall cuántico aparece por debajo de 50 Gauss, mucho más débil que un imán de nevera.
El concepto es sencillo: el grafito cercano actúa como un espejo eléctrico, cancelando los campos eléctricos aleatorios en la capa de grafeno. El reto fue diseñar el espejo lo suficientemente cerca, con tres átomos de separación, sin dañar el grafeno.
“Ahora que sabemos cómo lograr una limpieza tan completa, se abre la puerta a la exploración de fenómenos que antes estaban fuera de nuestro alcance”, afirmó el coautor Dr. Zefei Wu . “Esto es solo el comienzo”.
El equipo espera que su técnica de «espejo de proximidad» se convierta en estándar para investigar fenómenos cuánticos en materiales bidimensionales, lo que permitirá nuevos descubrimientos en superconductividad, magnetismo y fases cuánticas exóticas, que se beneficiarían de las condiciones electrónicas ultralimpias que emergerán claramente.
El trabajo involucró a colaboradores de la Universidad de Lancaster, la Universidad Nacional de Singapur y el Instituto Nacional de Ciencias de los Materiales de Japón.
Esta investigación fue publicada en la revista Nature:
https://www.nature.com/articles/s41586-025-09386-0
Título completo: El cribado de proximidad mejora enormemente la calidad electrónica del grafeno.
DOI: 10.1038/s41586-025-09386-0
El Instituto Nacional del Grafeno (NGI) es un centro líder mundial en grafeno y materiales 2D, centrado en la investigación fundamental. Con sede en la Universidad de Manchester, donde los profesores Sir Andre Geim y Sir Kostya Novoselov aislaron el grafeno por primera vez en 2004, alberga a líderes en su campo: una comunidad de investigadores especialistas que impulsan descubrimientos transformadores. Esta experiencia se complementa con instalaciones de vanguardia valoradas en 13 millones de libras, como las salas blancas de clase 5 y 6 más grandes del mundo académico. Esto otorga al NGI la capacidad de impulsar aplicaciones industriales fundamentales en áreas clave como: compuestos, membranas funcionales, energía, membranas para hidrógeno verde, materiales 2D de ultra alto vacío, nanomedicina, electrónica impresa 2D y caracterización.
