Logran generar ferrovalletricidad, un nuevo fenómeno físico
Colocando átomos de carbono en ubicaciones peculiares dentro de un conjunto de ellos, unos científicos han conseguido que se manifieste un fenómeno al que le han dado el nombre de “ferro-valleytricity” (“ferrovalletricidad”).
Cuando se apila en cinco capas en un patrón romboédrico, el grafeno adquiere un raro estado “multiferroico”, exhibiendo un magnetismo no convencional y una conducta electrónica exótica, denominada ferrovalletricidad. / Sampson Wilcox at MIT RLE. CC BY-NC-ND 3.0)
El grafeno es una lámina de carbono con un átomo de espesor. En esta lámina, los átomos de carbono están distribuidos formando una retícula hexagonal, que recuerda a la de un panal de abejas. Por el mero hecho de estar los átomos de carbono posicionados unos respecto de otros de esta manera, el resultado es un material con algunas propiedades asombrosamente distintas de las del carbono normal. Además, posicionando de maneras peculiares láminas de grafeno unas respecto de otras, se obran cambios adicionales, adquiriendo el material más y más propiedades llamativas.
Ahora, unos físicos del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en Estados Unidos han descubierto otra propiedad sorprendente en el grafeno: cuando se apila en cinco láminas o capas, siguiendo un patrón romboédrico, el grafeno adquiere un estado “multiferroico” muy raro, en el que el material exhibe tanto un magnetismo no convencional como un tipo exótico de conducta electrónica, algo que estos investigadores han denominado “ferro-valleytricity” (“ferrovalletricidad”).
El hallazgo lo ha efectuado un equipo integrado, entre otros, por Tonghang Han, Long Ju y Zhengguang Lu.
“El grafeno es un material fascinante; ¡Cada capa que agregas te proporciona esencialmente un material nuevo!”, subraya Long Ju. “Y ahora esta es la primera vez que vemos ferrovalletricidad y magnetismo no convencional”.
El equipo aisló estructuras de grafeno del tipo descrito, Las enfrío a temperaturas muy bajas, muy poco por encima del cero absoluto (273 grados centígrados bajo cero, la temperatura más baja que permiten las leyes de la física), para que ninguna vibración entorpeciera las observaciones, y para facilitar las interacciones entre electrones. Los investigadores midieron la respuesta de los electrones a un campo eléctrico y a un campo magnético, y descubrieron que surgían dos órdenes ferroicos, o conjuntos de comportamientos coordinados.
La primera propiedad ferroica fue un magnetismo no convencional: los electrones coordinaban su movimiento orbital, como planetas que giran en círculos en la misma dirección. (En los imanes convencionales, los electrones permanecen relativamente fijos en el espacio, mientras que coordinan su espín, es decir, todos los espines rotan en la misma dirección).
La segunda propiedad ferroica tenía que ver con el “valle” electrónico del grafeno. En todo material conductor existen ciertos niveles de energía que los electrones pueden ocupar. Un valle representa el estado de energía más bajo en el que un electrón puede asentarse de manera natural. Resulta que hay dos posibles valles en el grafeno. Normalmente, los electrones no tienen preferencia por ninguno de los valles y se asientan por igual en ambos.
Pero en esta estructura de cinco láminas de grafeno, el equipo descubrió que los electrones comenzaron a coordinarse y prefirieron asentarse en un valle y no en el otro. Este segundo comportamiento coordinado indicó una propiedad ferroica que, combinada con el magnetismo no convencional de los electrones, dio a la estructura un raro estado multiferroico.
El equipo ha descubierto cómo controlar ambas propiedades ferroicas mediante un campo eléctrico.
Los investigadores creen que si se encuentra un modo viable de incorporar grafeno romboédrico de cinco capas o materiales multiferroicos similares en un chip de memoria, sería factible utilizar el mismo campo eléctrico de baja potencia para manipular los electrones del material de dos maneras en vez de una, lo cual duplicaría la cantidad de datos que podrían almacenarse en un chip, en comparación con los convencionales. Esto permitiría diseñar dispositivos de almacenamiento de datos de muy bajo consumo y alta capacidad para ordenadores clásicos y cuánticos.
Han, Ju, Lu y sus colegas exponen los detalles técnicos de su logro en la revista académica Nature, bajo el título “Orbital Multiferroicity in Pentalayer Rhombohedral Graphene”.
