Desde el descubrimiento del grafeno hace más de 15 años, los investigadores han estado en una carrera global para descubrir sus propiedades únicas. No solo el grafeno, una hoja de carbono de un átomo de espesor dispuesta en una red hexagonal, es la más fuerte, el material más delgado conocido por el hombre, también es un excelente conductor de calor y electricidad.
Ahora, un equipo de investigadores de la Universidad de Columbia y la Universidad de Washington ha descubierto que una variedad de estados electrónicos exóticos, incluida una forma rara de magnetismo, pueden surgir en una estructura de grafeno de tres capas.
Los hallazgos aparecen en un artículo publicado el 12 de octubre en Física de la naturaleza .
El trabajo se inspiró en estudios recientes de monocapas retorcidas o bicapas retorcidas de grafeno, que comprenden dos o cuatro hojas en total. Se encontró que estos materiales albergan una serie de estados electrónicos inusuales impulsados por fuertes interacciones entre electrones.
"Nos preguntamos qué pasaría si combináramos monocapas y bicapas de grafeno en un sistema retorcido de tres capas", dijo Cory Dean, profesor de física en la Universidad de Columbia y uno de los autores principales del artículo. "Descubrimos que variando el númerode capas de grafeno dota a estos materiales compuestos de algunas propiedades nuevas e interesantes que no se habían visto antes ".
Además del decano, el profesor asistente Matthew Yankowitz y el profesor Xiaodong Xu, ambos en los departamentos de física y ciencia e ingeniería de materiales de la Universidad de Washington, son autores principales del trabajo. Shaowen Chen, estudiante graduado de Columbia y graduado de la Universidad de Washingtonestudiante Minhao son los coautores principales del artículo.
Para realizar su experimento, los investigadores apilaron una hoja monocapa de grafeno sobre una hoja bicapa y la retorcieron aproximadamente 1 grado. A temperaturas de unos pocos grados por encima del cero absoluto, el equipo observó una serie de estados aislantes, que no conducenelectricidad, impulsada por fuertes interacciones entre electrones. También encontraron que estos estados podrían controlarse aplicando un campo eléctrico a través de las hojas de grafeno.
"Aprendimos que la dirección de un campo eléctrico aplicado importa mucho", dijo Yankowitz, quien también es un ex investigador postdoctoral en el grupo de Dean.
Cuando los investigadores apuntaron el campo eléctrico hacia la hoja de grafeno monocapa, el sistema se parecía al grafeno bicapa retorcido. Pero cuando voltearon la dirección del campo eléctrico y lo apuntaron hacia la hoja de grafeno bicapa, imitó el grafeno bicapa doble retorcido - elestructura de cuatro capas.
El equipo también descubrió nuevos estados magnéticos en el sistema. A diferencia de los imanes convencionales, que son impulsados por una propiedad mecánica cuántica de los electrones llamada "espín", un movimiento de remolino colectivo de los electrones en la estructura de tres capas del equipo subyace al magnetismo,ellos observaron.
Esta forma de magnetismo fue descubierta recientemente por otros investigadores en varias estructuras de grafeno que descansan sobre cristales de nitruro de boro. El equipo ha demostrado ahora que también se puede observar en un sistema más simple construido completamente con grafeno.
"El carbono puro no es magnético", dijo Yankowitz. Sorprendentemente, podemos diseñar esta propiedad colocando nuestras tres láminas de grafeno en los ángulos de giro correctos ".
Además del magnetismo, el estudio descubrió signos de topología en la estructura. Similar a atar diferentes tipos de nudos en una cuerda, las propiedades topológicas del material pueden conducir a nuevas formas de almacenamiento de información, que "puede ser una plataformapara la computación cuántica o nuevos tipos de aplicaciones de almacenamiento de datos energéticamente eficientes ", dijo Xu.
Por ahora, están trabajando en experimentos para comprender mejor las propiedades fundamentales de los nuevos estados que descubrieron en esta plataforma. "Esto es realmente solo el comienzo", dijo Yankowitz.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Columbia . Original escrito por Carla Cantor. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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