A veces, los mejores descubrimientos suceden cuando los científicos menos lo esperan. Mientras intentaban replicar el hallazgo de otro equipo, los físicos de Stanford recientemente se toparon con una nueva forma de magnetismo, predicha pero nunca vista antes, que se genera cuando se generan dos celosías de carbono en forma de panalcuidadosamente apilados y rotados a un ángulo especial.
Los autores sugieren que el magnetismo, llamado ferromagnetismo orbital, podría resultar útil para ciertas aplicaciones, como la computación cuántica. El grupo describe sus hallazgos en la edición del 25 de julio de la revista ciencia .
"No estábamos apuntando al magnetismo. Encontramos lo que puede ser lo más emocionante en mi carrera hasta la fecha a través de una exploración parcialmente dirigida y parcialmente accidental", dijo el líder del estudio David Goldhaber-Gordon, profesor de física en la Facultad de Humanidades de Stanfordy Ciencias. "Nuestro descubrimiento muestra que las cosas más interesantes resultan ser sorpresas a veces".
Los investigadores de Stanford hicieron su descubrimiento inadvertidamente mientras intentaban reproducir un hallazgo que estaba enviando ondas de choque a través de la comunidad de la física. A principios de 2018, el grupo de Pablo Jarillo-Herrero en el MIT anunció que habían conseguido una pila de dos láminas de átomos de carbono sutilmente desalineadas- grafeno bicapa retorcido - para conducir electricidad sin resistencia, una propiedad conocida como superconductividad.
El descubrimiento fue una confirmación sorprendente de una predicción de casi una década de que las láminas de grafeno giradas a un ángulo muy particular deberían exhibir fenómenos interesantes.
Cuando se apila y se retuerce, el grafeno forma una superrejilla con un patrón de interferencia repetida o muaré. "Es como cuando tocas dos tonos musicales que son frecuencias ligeramente diferentes", dijo Goldhaber-Gordon.los dos que están relacionados con la diferencia entre sus frecuencias. Eso es similar a lo que obtienes si apilas dos celosías una encima de la otra y las retuerces para que no estén perfectamente alineadas ".
Los físicos teorizaron que la superrejilla particular que se forma cuando el grafeno se gira a 1.1 grados hace que colapsen los estados de energía normalmente variados de los electrones en el material, creando lo que llaman una banda plana donde la velocidad a la que se mueven los electrones cae a casi cero.disminuido, los movimientos de cualquier electrón se vuelven altamente dependientes de los de otros en su vecindad. Estas interacciones se encuentran en el corazón de muchos estados cuánticos exóticos de la materia.
"Pensé que el descubrimiento de la superconductividad en este sistema fue increíble. Era más de lo que cualquiera tenía derecho a esperar", dijo Goldhaber-Gordon. "Pero también sentí que había mucho más por explorar y muchas más preguntas por hacer".respuesta, así que nos propusimos intentar reproducir el trabajo y luego ver cómo podríamos construir sobre él "
Una serie de eventos afortunados
Al intentar duplicar los resultados del equipo del MIT, Goldhaber-Gordon y su grupo introdujeron dos cambios aparentemente sin importancia.
Primero, mientras encapsulaban las celosías de carbono en forma de panal en capas delgadas de nitruro de boro hexagonal, los investigadores giraron inadvertidamente una de las capas protectoras para alinearlas con el grafeno bicapa retorcido.
"Resulta que si casi alineas la red de nitruro de boro con la red de grafeno, cambias drásticamente las propiedades eléctricas del grafeno bicapa retorcido", dijo el primer autor del estudio Aaron Sharpe, un estudiante graduado en Goldhaber-El laboratorio de Gordon
En segundo lugar, el grupo superó intencionalmente el ángulo de rotación entre las dos láminas de grafeno. En lugar de 1,1 grados, apuntaban a 1,17 grados porque otros habían demostrado recientemente que las láminas de grafeno retorcidas tienden a asentarse en ángulos más pequeños durante el proceso de fabricación.
"Pensamos que si apuntamos a 1.17 grados, entonces volverá a 1.1 grados, y estaremos felices", dijo Goldhaber-Gordon. "En cambio, obtuvimos 1.2 grados".
una señal anómala
Las consecuencias de estos pequeños cambios no se hicieron aparentes hasta que los investigadores de Stanford comenzaron a probar las propiedades de su muestra de grafeno retorcido. En particular, querían estudiar cómo cambiaron sus propiedades magnéticas en su banda plana, esa colección de estados dondeelectrones lentos a casi cero: se llenó o se vació de electrones.
Mientras bombeaba electrones en una muestra que se había enfriado cerca del cero absoluto, Sharpe detectó un voltaje eléctrico grande perpendicular al flujo de la corriente cuando la banda plana estaba llena tres cuartos. Conocido como un voltaje Hall, tal voltaje típicamentesolo aparece en presencia de un campo magnético externo, pero en este caso, el voltaje persistió incluso después de que se había apagado el campo magnético externo.
Este efecto Hall anómalo solo podría explicarse si la muestra de grafeno estaba generando su propio campo magnético interno. Además, este campo magnético no podría ser el resultado de alinear el estado de giro hacia arriba o hacia abajo de los electrones, como suele ser el caso paramateriales magnéticos, pero en su lugar deben haber surgido de sus movimientos orbitales coordinados.
"Hasta donde sabemos, este es el primer ejemplo conocido de ferromagnetismo orbital en un material", dijo Goldhaber-Gordon. "Si el magnetismo se debiera a la polarización de rotación, no esperaría ver un efecto Hall. No solover un efecto Hall, pero un gran efecto Hall "
Fuerza en la debilidad
Los investigadores estiman que el campo magnético cerca de la superficie de su muestra de grafeno retorcido es aproximadamente un millón de veces más débil que el de un imán de refrigerador convencional, pero esta debilidad podría ser una fortaleza en ciertos escenarios, como la construcción de memoria para computadoras cuánticas.
"Nuestro grafeno bicapa magnético se puede encender con muy baja potencia y se puede leer electrónicamente con mucha facilidad", dijo Goldhaber-Gordon. "El hecho de que no haya un gran campo magnético que se extienda hacia afuera del material significa que puede empacar bits magnéticosmuy juntos sin preocuparse por la interferencia "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Stanford - Facultad de Humanidades y Ciencias . Original escrito por Ker Than. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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