Físicos del MIT han observado en grafeno cómo los electrones se convierten en fracciones de sí mismos, el denominado efecto Hall cuántico hasta ahora solo observado bajo campos magnéticos muy altos.

Este estado electrónico exótico, visto ahora en una capa de carbono delgada como un átomo que proviene del grafito como la mina de un lápiz, puede permitir el desarrollo de formas más robustas de computación cuántica.

El electrón es la unidad básica de la electricidad, ya que lleva una única carga negativa. Este es abrumadoramente el caso en la mayoría de los materiales de la naturaleza. Pero en estados muy especiales de la materia, los electrones pueden fragmentarse en fracciones de su totalidad. Este fenómeno, conocido como «carga fraccionada», es extremadamente raro, y si puede ser acorralado y controlado, el exótico estado electrónico podría ayudar a construir computadoras cuánticas resistentes y tolerantes a fallas.

Hasta la fecha, este efecto, conocido por los físicos como «efecto Hall cuántico fraccionario», se ha observado varias veces, y la mayoría de las veces bajo campos magnéticos muy altos y cuidadosamente mantenidos. Sólo recientemente los científicos han visto el efecto en un material que no requería una manipulación magnética tan poderosa.

Ahora, los físicos del MIT han observado el elusivo efecto de carga fraccionaria, esta vez en un material más simple: cinco capas de grafeno, una capa de carbono delgada como un átomo que proviene del grafito y la mina de un lápiz común. Informan sus resultados en Nature.

Descubrieron que cuando se apilan cinco láminas de grafeno como escalones en una escalera, la estructura resultante proporciona inherentemente las condiciones adecuadas para que los electrones pasen como fracciones de su carga total, sin necesidad de ningún campo magnético externo.

Los resultados son la primera evidencia del «efecto Hall anómalo cuántico fraccional» (el término «anómalo» se refiere a la ausencia de un campo magnético) en el grafeno cristalino, un material que los físicos no esperaban que exhibiera este efecto.

«Este grafeno de cinco capas es un sistema material en el que suceden muchas sorpresas agradables», afirma en un comunicado el autor del estudio Long Ju, profesor asistente de física en el MIT. «La carga fraccionada es tan exótica, y ahora podemos realizar este efecto con un sistema mucho más simple y sin campo magnético. Eso en sí mismo es importante para la física fundamental. Y podría permitir la posibilidad de un tipo de computación cuántica que sea más robusto contra la perturbación.»

El efecto Hall cuántico fraccionario es un ejemplo de los extraños fenómenos que pueden surgir cuando las partículas pasan de comportarse como unidades individuales a actuar juntas como un todo.

Este comportamiento colectivo «correlacionado» surge en estados especiales, por ejemplo, cuando los electrones pierden su ritmo normalmente frenético y se arrastran hasta un ritmo que permite a las partículas detectarse entre sí e interactuar. Estas interacciones pueden producir estados electrónicos raros, como la división aparentemente poco ortodoxa de la carga de un electrón.

Fuente: europapress.es