Una lámina de grafeno es 2D, pero es posible que algunos materiales delgados no encajen perfectamente en esa categoría
ALFRED PASIEKA/BIBLIOTECA DE FOTOS DE CIENCIA
Un nuevo estado cuántico de la materia se comporta como si no perteneciera completamente a un mundo con dos o tres dimensiones del espacio, revelando una forma de movimiento de los electrones no observada previamente.
Los físicos clasifican los estados de la materia según cómo se mueven los electrones dentro de un material. Este movimiento depende de muchos factores, como la disposición de los átomos del material.
Cuando un material delgado se sumerge en un campo magnético, sus electrones trazan círculos diminutos y cualquier corriente de ellos es empujada hacia el lado del material. Esto se conoce como efecto Hall. Para materiales magnéticos, las coreografías electrónicas se vuelven más complejas, dando lugar a diferentes versiones de este efecto.
Lei Wang de la Universidad de Nanjing en China y sus colegas descubrieron inesperadamente una nueva versión de este fenómeno, al que llaman efecto Hall anómalo transdimensional (TDAHE).
El equipo estaba estudiando electrones en un material delgado hecho de átomos de carbono dispuestos en forma de rombos con la esperanza de verlos formar corrientes perfectamente eficientes. Pero cuando sumergieron el material en un campo magnético, los electrones reaccionaron de manera extraña.
“TDAHE surgió como una completa sorpresa, un fenómeno nunca antes visto en ningún otro material, y ninguna teoría lo predice”, dice Wang. “Después de medir los datos brutos, pasamos aproximadamente un año [trying] para entenderlo”.
Específicamente, lo que desconcertó a los investigadores fue que su material exhibía una especie de efecto Hall cuando aplicaban dos campos magnéticos diferentes y mutuamente perpendiculares. Esto significa que los electrones podrían ejecutar movimientos circulares tanto horizontal como verticalmente, aunque se suponía que el material era demasiado delgado para acomodar ambos.
Wang dice que él y sus colegas inicialmente pensaron que la culpa era de algún error experimental, pero varios experimentos posteriores confirmaron que sus mediciones eran correctas. La fabricación y prueba de más muestras de los materiales mostró lo mismo. Tuvieron que concluir que, en el caso de piezas de su material de carbono de entre 2 y 5 nanómetros de espesor, los electrones simplemente estaban haciendo algo nuevo.
Debido a que estos espesores no hacen que el material sea completamente bidimensional o tridimensional, el equipo nombró al nuevo estado electrónico en consecuencia. De alguna manera no une los reinos bidimensional y tridimensional, dice Wang. “Tampoco se trata de un poco de 2D y otro de 3D. Al usar ‘transdimensional’ queremos expresar que existe un nuevo régimen, que no pertenece a casos 2D o 3D bien estudiados hasta ahora”, afirma.
Andrea Young, de la Universidad de California en Santa Bárbara, dice que lo que distingue al nuevo estado es que la representación matemática de los estados de los electrones carece de simetría en tres formas diferentes, lo cual es novedoso en comparación con estados similares. En su opinión, esto es más una característica definitoria que la dimensionalidad del material: su espesor es sólo un medio para lograr un fin, afirma.
Young dice que se puede pensar en el nuevo estado como un tipo de “cuarto de metal”, o un metal donde la falta de simetría limita lo que los electrones pueden hacer en comparación con los metales más convencionales.
El equipo de Wang ahora quiere buscar lo que denominan física transdimensional en otros materiales y utilizar más instrumentos, como sensores de campo magnético basados en diamantes, para aprender más sobre el nuevo estado.
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