Una nueva familia de cuasipartículas con una física “radicalmente diferente” ha sido descubierta y caracterizada en super-rejillas basadas en grafeno por cientìficos de la Universidad de Manchester.

Los denominados ‘fermiones Brown-Zak’ quedaron de manifiesto alineando la red atómica de una capa de grafeno con la de una hoja de nitruro de boro aislante, cambiando drásticamente las propiedades de la hoja de grafeno.

El estudio sigue años de avances sucesivos en superredes de grafeno-nitruro de boro, que permitieron la observación de un patrón fractal conocido como la mariposa de Hofstadter. En su nuevo estudio, publicado en Science, los investigadores informan un comportamiento altamente sorprendente de partículas en tales estructuras bajo aplicación magnética campo.

“Es bien sabido que en un campo magnético cero los electrones se mueven en trayectorias rectas y si se aplica un campo magnético, comienzan a doblarse y moverse en círculos”, explicó en un comunicado Julien Barrier, miembro del equipo investigador.

“En una capa de grafeno que se ha alineado con el nitruro de boro, los electrones también comienzan a doblarse, pero si establece el campo magnético en valores específicos, los electrones se mueven en trayectorias en línea recta nuevamente, ¡como si ya no hubiera campo magnético!”

El coautor Piranavan Kumaravadivel agregó: “Tal comportamiento es radicalmente diferente de la física de los libros de texto”.

“Atribuimos este comportamiento fascinante a la formación de cuasipartículas novedosas en un campo magnético alto”, dijo Alexey Berdyugin, también miembro del equipo. “Esas cuasipartículas tienen sus propias propiedades únicas y una movilidad excepcionalmente alta a pesar del campo magnético extremadamente alto”.

El trabajo describe cómo se comportan los electrones en una super-rejilla de grafeno de muy alta calidad con un marco revisado para las características fractales de la mariposa de Hofstadter. Las mejoras fundamentales en las técnicas de medición y fabricación de dispositivos de grafeno en la última década han hecho posible este trabajo.

El profesor Andre Geim, que dirigió la investigación, y los coautores proponen que los “fermiones Brown-Zak” sean la familia de cuasipartículas que existen en super-redes bajo un campo magnético elevado. Estos fermiones Brown-Zak definen nuevos estados metálicos que son genéricos para cualquier sistema de superredes, no solo grafeno, y ofrecen un campo de juego para nuevos problemas de física de materia condensada en otras super-redes 2D basadas en materiales.

Julien Barrier agregó: “Los hallazgos son importantes, por supuesto, para los estudios fundamentales en el transporte de electrones, pero creemos que la comprensión de las cuasipartículas en nuevos dispositivos de super-rejilla bajo campos magnéticos elevados puede conducir al desarrollo de nuevos dispositivos electrónicos”.

Fuente: EP