Un equipo de investigadores del Instituto Weizmann de Ciencias ha realizado avances significativos en la comprensión de la magnetización en grafeno rimohedral, un material que ha captado la atención de la comunidad científica por sus propiedades eléctricas y mecánicas excepcionales. Este estudio, publicado en la prestigiosa revista Nature Physics, emplea un dispositivo de interferencia cuántica superconductora a escala nanométrica (nano-SQUID) para explorar las texturas de magnetización a escala local en este material.
Características del grafeno rimohedral y su magnetización
El grafeno, una capa única de átomos de carbono dispuestos en una red hexagonal, muestra características electrónicas notables cuando se apilan en un patrón rimohedral, conocido también como patrón ABC. Entre estas propiedades se incluyen una estructura de bandas ajustable y una topología no trivial. A pesar de la ausencia de un campo magnético externo, los electrones en el grafeno rimohedral pueden comportarse como si estuvieran bajo la influencia de campos magnéticos ocultos, lo que ha planteado interrogantes sobre la organización de sus espines y estados de valle.
El equipo, liderado por el profesor Eli Zeldov, se propuso investigar cómo los cuatro sabores de isoespín (dos espines y dos valles) se ordenan magnéticamente en ausencia de un campo magnético externo a bajas temperaturas. Este estudio es crucial, ya que el grafeno rimohedral presenta fases de medio metal y cuarto metal, que tienen aplicaciones potenciales en memoria no volátil y en el desarrollo de tecnologías cuánticas.
Utilizando un nano-SQUID montado en una punta, los investigadores pudieron escanear y mapear las texturas magnéticas locales por primera vez. Este dispositivo, extremadamente sensible, opera a temperaturas cercanas al cero absoluto y permite medir la fuerza del campo magnético con gran precisión. La investigación reveló patrones de anisotropía magnética en dos fases cuánticas exóticas del grafeno rimohedral, lo que representa un avance importante en el campo de los materiales bidimensionales.
Los resultados obtenidos muestran que en la fase de medio metal, los espines presentan una anisotropía muy débil, mientras que en la fase de cuarto metal, los espines están firmemente alineados en una dirección polarizada. Este contraste proporciona una base para establecer un límite inferior en la escala de energía de interacción electrón-electrón, conocida como acoplamiento de Hund, un aspecto que no había sido previamente medido en estos sistemas.
El estudio también destaca el potencial de los dispositivos SQUID en la investigación de fenómenos magnéticos locales en materiales 2D, abriendo la puerta a futuras investigaciones que podrían mejorar la comprensión de la superconductividad no convencional y otros estados cuánticos en el grafeno rimohedral y más allá.
