Investigadores de la Universidad de Columbia Británica, la Universidad de Washington y la Universidad Johns Hopkins han identificado una nueva clase de estados cuánticos en estructuras de grafeno diseñadas a medida. Me publicaron hoy. la naturalezaeste estudio informa del descubrimiento de un cristal electrónico topológico en grafeno bicapa-tricapa retorcido, un sistema creado mediante la introducción de un giro rotacional preciso entre materiales bidimensionales apilados.
“El punto de partida de este trabajo son dos escamas de grafeno, hechas de átomos de carbono dispuestos en una estructura de panal. La forma en que los electrones caen entre los átomos de carbono determina las propiedades eléctricas del grafeno, que superficialmente es más similar a los conductores ordinarios como el cobre”, dijo Profesor Joshua Fook, miembro del Departamento de Física y Astronomía de la UBC y director del Instituto Blusson de Materia Cuántica de la UBC. QMI).
“El siguiente paso es apilar las dos escamas juntas con una pequeña curva entre ellas. Esto crea un efecto de interferencia geométrica conocido como patrón muaré: en algunas áreas de la pila, los átomos de carbono de ambas escamas están directamente adyacentes entre sí. mientras que en otras regiones los átomos se compensan”, dijeron las personas.
“Cuando los electrones pasan a través de este patrón muaré en una pila retorcida, las propiedades electrónicas cambian drásticamente. Por ejemplo, los electrones se ralentizan y, a veces, crean una curva en su movimiento, como el agua. Estoy en una bañera de hidromasaje como si estuviera viniendo afuera.”
El avance en la investigación fue presenciado por Ruiheng Su, un estudiante universitario de la UBC, que estudió la muestra curvada desarrollada por el Dr. Deason Waters, un investigador postdoctoral en el laboratorio del profesor Matthew Yankowitz en la Universidad de Washington. Trabajando en el experimento en el laboratorio de Fock, Rohing descubrió una disposición única para el dispositivo donde los electrones del grafeno están dispuestos en una matriz perfectamente ordenada, bloqueados en su lugar, pero como bailarines de ballet se realizan piruetas estacionarias. Esta rotación sincronizada da lugar a un fenómeno notable en el que la corriente eléctrica fluye suavemente a lo largo de los bordes de la muestra mientras el interior permanece aislado porque los electrones son móviles.
Sorprendentemente, la cantidad de corriente que fluye a lo largo del borde está determinada por la relación de dos constantes fundamentales de la naturaleza: la constante de Planck y la carga del electrón. La precisión de este valor está garantizada por una propiedad de los cristales de electrones conocida como topología, que describe las propiedades de los objetos que permanecen sin cambios debido a defectos menores.
“Así como un donut no se puede convertir fácilmente en un pretzel sin antes cortarlo”, dijo Yankowitz, “la circulación de electrones alrededor del límite de un cristal de electrones 2D es causada por el desorden en su entorno. La prevención permanece”.
“Esto conduce a un comportamiento anómalo de los cristales electrónicos topológicos que no se observa en los cristales Wigner convencionales del pasado; aunque el cristal forma una matriz ordenada al congelarse los electrones, todavía tiene sus límites. Puedo conducir electricidad”.
Un ejemplo cotidiano de topología es la tira de Möbius, un objeto simple pero alucinante. Imagínese tomar una tira de papel, formar un bucle y unir los extremos con cinta adhesiva. Ahora, toma otra tira, pero antes de conectar los extremos, dale una sola vuelta. El resultado es una tira de Möbius, una superficie con un solo lado y un borde. Sorprendentemente, no importa cómo intentes manipular la tira, no puedes doblarla hasta formar un bucle normal sin romperla.
La circulación de electrones en el cristal es análoga a los giros en una tira de Möbius y conduce a propiedades notables de los cristales electrónicos topológicos que nunca antes se habían visto en los raros casos en los que se han observado cristales de electrones en el pasado: bordes donde se encuentran los electrones. fluir. Describe el confinamiento existente dentro del propio cristal, sin resistencia.
Los cristales de electrones topológicos no sólo son atractivos desde un punto de vista conceptual, sino que también abren nuevas oportunidades para avances en la información cuántica. Estos incluyen esfuerzos futuros para combinar cristales de electrones topológicos con superconductividad, que forman la base de los qubits para computadoras cuánticas topológicas.
Via: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/01/250122145812.htm
