Obligado a ejecutar un laberinto de átomos de carbono dispuestos de forma única en pilas retorcidas, los electrones hacen algunas cosas bastante peculiares.
Investigadores de la Universidad de Columbia Británica en Canadá, la Universidad de Washington y la Universidad Johns Hopkins en los Estados Unidos, y el Instituto Nacional de Ciencia de Materiales en Japón Recientemente descubrió un nuevo extraño estado de la materia en la dinámica de las corrientes que fluyen a través de capas de grafeno.
Los hallazgos confirman las predicciones sobre cómo deberían comportarse los electrones cuando se exprimen en arreglos cristalinos, y pueden contribuir con nuevas ideas sobre cómo lograr Enfoques confiables para la computación cuántica o revelar formas de desarrollar superconducción de temperatura ambiente.
«El punto de partida para este trabajo son dos copos de grafeno, que están formados por átomos de carbono dispuestos en una estructura de panal». dice El autor principal del estudio Joshua Folk, físico de materia condensada en la Universidad de Columbia Británica.
«La forma en que los electrones saltan entre los átomos de carbono determina las propiedades eléctricas del grafeno, lo que termina siendo superficialmente similar a conductores más comunes como el cobre».
El grafeno ha sido visto cada vez más como una especie de material maravilloso Durante las últimas décadas, su red de átomos de carbono se conectó de una manera que deja electrones de repuesto para saltar sobre tokens en un juego de damas cuánticas.
Los físicos han doblado constantemente las reglas de este juego, encontrando formas nuevas e inusuales para alterar las propiedades de la resistencia o coordinar en estados exóticos. Por estas razones, el grafeno se ha convertido en un parque infantil perfecto para buscar pistas sobre conductividad de baja resistencia o probar los límites de varios efectos cuánticos.
Uno de esos efectos es una ‘congelación’ de electrones en posiciones restringidas, convirtiéndolos efectivamente de una masa fluida de líquido en algo con estructura. Conocido como un Cristal Wigneresta fase de electrones tiene formas y comportamientos característicos que los investigadores pensaron que entendían bien.
En esta ejecución de experimentos, los investigadores retorcieron pilas de láminas de grafeno de un solo átomo de una manera que obligó a los átomos de carbono no acelerados a alinearse en lo que se describe como un efecto Moiré (pronunciado rayos MWA).
Efectos de moiré No son difíciles de encontrar en nuestro mundo diario. Visto en pilas de malla o pantallas, aparecen como líneas repetidas, círculos o curvas como contrastes en la oscuridad y la luz que conforman la malla combinada o cancelada.
Solo en este caso, las estructuras contrastantes en el grafeno retorcido juegan estragos con la geometría del electrón, o lo que se conoce como la topología de su paisaje. El resultado es un cambio en la velocidad del electrón, y algunos incluso desarrollan un giro a medida que se mueven a lo largo de los bordes del material.
«Esto conduce a un comportamiento paradójico del cristal electrónico topológico que no se ve en los cristales más pequeños convencionales del pasado, a pesar de que el cristal se forman al congelar electrones en una matriz ordenada, sin embargo, puede realizar electricidad a lo largo de sus límites». dice Gente.
Es en este extraño nuevo reino del comportamiento de los electrones que surgen actividades extrañas, como la cuantización de la resistencia conocida como la efecto cuántico.
Nuevos estados de actividad topológica como este son una posible mina de oro para los físicos interesados en explorar formas de crear computación cuántica unidades conocidas como qubits que son más resistentes que los tipos convencionales basados en partículas fundamentales.
Contorsionando pilas estrechas de grafeno en el equivalente de electrones de una MÖBius Strip podría ser solo el comienzo. La geometría en esta escala se teoriza para entregar un extraño zoológico de electrones cuasipartículas con todo tipo de nueva física retorcida.
Esta investigación fue publicada en Naturaleza.