El camp magnètic artificial produeix comportaments 'exòtics' en fulls bidimensionals de grafè

Una fulla simple de grafè té interessants propietats a causa d'un fenomen quàntic en la seva estructura electrònica anomenada cons de Dirac. El sistema es fa encara més interessant si es compon de dues fulles de grafè superposades, i una es gira lleugerament en el seu propi plànol, de manera que els forats de les dues xarxes de carboni ja no coincideixin per complet. Per a angles específics de gir, el sistema bi-capa de grafè  mostra propietats 'exòtiques' com és la superconductivitat.

Un nou estudi dut a terme per la física brasilera Aline Ramires amb José Lado, investigador espanyol de l'Institut Federal Suís de Tecnologia (ETH Zurich), demostra que l'aplicació d'un camp elèctric a aquest sistema produeix un efecte idèntic al d'un camp magnètic extremadament intens aplicat a dos fulls de grafè alineats.

Vídeo

Els dos fulls de grafè han d'estar prou a prop dels orbitals electrònics d'un per interactuar amb els orbitals electrònics de l'altre. Això significa que hi ha d'haver una separació tan propera com aproximadament un àngstrom ( 0,1 nanòmetres), que és la distància entre dos àtoms de carboni en el grafè.

Un altre requisit és un petit angle de gir per a cada full comparat amb l'altre de menys d'un grau. Encara que sigui totalment teòric, l'estudi té un clar potencial tecnològic, ja que demostra que un material versàtil com el grafè pot ser manipulat en règims fins ara inexplorats.

Els camps magnètics artificials proposats anteriorment es basaven en l'aplicació de forces per deformar el material. Aquesta proposta permet el control de la generació d'aquests camps amb molta més precisió. Això podria tenir aplicacions pràctiques.

Els estats 'exòtics' de la matèria induïts per camps magnètics artificials estan associats a l'aparició de "nivells pseudo-Landau" en les fulles de grafè . Els nivells de Landau nomenats pel físic i matemàtic soviètic Lev Landau (1908-1968), premi Nobel de Física el 1962, són un fenomen quàntic pel qual, en presència d'un camp magnètic, les partícules carregades elèctriques només poden ocupar òrbites amb valors d'energia discrets. El nombre d'electrons en cada nivell de Landau és directament proporcional a la magnitud del camp magnètic aplicat.

Aquests estats estan ben situats en l'espai, quan les partícules interactuen en aquests nivells, les interaccions són molt més intenses que de costum. La formació dels nivells de pseudo-Landau expliquen per què els camps magnètics artificials fan que les propietats 'exòtiques' com és  la superconductivitat o els líquids de spin apareguin als materials.

Font: FAPESP