Investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) han realizado un hallazgo sorprendente: los electrones pueden formar estructuras cristalinas en un material ultradelgado. Este descubrimiento se suma a una serie de avances que han surgido a partir de este material, que fue descubierto por el mismo equipo hace apenas tres años.
En un artículo publicado el 22 de enero en la revista Nature, los científicos describen cómo los electrones en dispositivos que utilizan este nuevo material pueden llegar a convertirse en sólidos, o formar cristales, al variar la tensión eléctrica aplicada a los dispositivos, siempre que se mantengan a temperaturas semejantes a las del espacio exterior. Además, empleando las mismas condiciones, se identificaron dos nuevos estados electrónicos que complementan un trabajo previo en el que el equipo había demostrado que los electrones pueden dividirse en fracciones de sí mismos.
El equipo de investigación logró estas observaciones gracias a nuevos filtros personalizados que mejoraron la aislación de los equipos utilizados. Esto les permitió enfriar sus dispositivos a temperaturas considerablemente más bajas que las alcanzadas en experimentos anteriores.
Material innovador
El material en cuestión, conocido como grafeno pentalayer romboédrico, es una forma especial de grafito, el componente principal de la mina de los lápices. El grafeno está formado por una sola capa de átomos de carbono dispuestos en una estructura hexagonal similar a un panal. En este caso, el grafeno pentalayer romboédrico consiste en cinco capas de grafeno apiladas en un orden específico que se superponen.
Desde su descubrimiento, el equipo ha experimentado con el material, añadiendo capas de otras sustancias que podrían potenciar sus propiedades o generar nuevos fenómenos. Por ejemplo, en 2023, crearon una estructura compuesta de grafeno pentalayer romboédrico y nitruro de boro hexagonal. Al aplicar diferentes tensiones eléctricas, identificaron tres propiedades significativas que nunca antes se habían observado en grafito natural.
En la investigación actual, el equipo de Ju reporta fenómenos inesperados en el sistema de grafeno romboédrico/nitruro de boro cuando se enfría a 30 milikelvins (equivalente a -459.668 grados Fahrenheit). En trabajos previos, se habían documentado seis estados fraccionarios de electrones, pero ahora se han descubierto dos más. Asimismo, se ha observado un nuevo fenómeno electrónico: el efecto Hall cuántico anómalo entero en una amplia gama de densidades electrónicas. Este nuevo estado puede interpretarse como una fase «sólida» de electrones, que recuerda a la formación de «hielo» electrónico, coexistiendo con los estados fraccionarios de Hall cuántico anómalo cuando se ajusta cuidadosamente la tensión del sistema a temperaturas ultra-bajas.
Long Ju, asistente de profesor en el Departamento de Física del MIT y uno de los líderes de la investigación, destaca que este trabajo muestra la riqueza del material en la exhibición de fenómenos exóticos. La investigación no solo se limitó al grafeno pentalayer romboédrico, sino que también se observó en grafeno romboédrico de cuatro capas. Esto sugiere la existencia de una familia de materiales que podrían presentar comportamientos similares.
Este avance no solo amplía el conocimiento sobre las propiedades del grafeno, sino que también abre nuevas vías de investigación en el campo de la física de materiales. La capacidad de manipular electrones para que se comporten como sólidos o líquidos dependiendo de la tensión aplicada puede llevar a aplicaciones innovadoras en el desarrollo de dispositivos electrónicos más eficientes.
