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Un equipo de investigadores estadounidenses y españoles ha demostrado que, en determinadas condiciones, el grafeno –un posible sustituto de los semiconductores de silicio- puede generar nanoburbujas en las que los electrones actúan como si estuvieran en potentes campos magnéticos. Este extraño comportamiento abre la vía al desarrollo de nuevas aplicaciones en nanotecnología y microelectrónica.
El grafeno, una lámina de carbono puro considerado como un posible sustituto de los semiconductores basados en silicio, tiene una propiedad única y sorprendente que podría hacerlo aún más adecuado para los futuros dispositivos electrónicos, según han descubierto físicos de la Universidad de California-Berkeley, del Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) y de la Universidad de Boston en EEUU, y del Instituto de Ciencia de los Materiales de Madrid (CSIC).
Los científicos han encontrado que cuando el grafeno se estira de una forma determinada brotan nanoburbujas, en las que los electrones se comportan de una manera extraña, como si se estuvieran moviendo en un potente campo magnético. El trabajo aparece publicado en el último número de la revista Science.
Dentro de cada nanoburbuja los electrones se localizan en niveles de energía cuánticos en lugar de ocupar bandas de energía, como en el grafeno relajado. Los niveles de energía son idénticos a los que un electrón ocuparía si se moviera en círculos en un campo magnético muy fuerte, tan alto como 300 tesla, que es más grande que el que cualquier laboratorio puede producir, salvo en explosiones cortas, dice Michael Crommie, profesor de la física en UC Berkeley e investigador del LBNL.
"Esto nos proporciona una nueva forma de controlar cómo los electrones se mueven en el grafeno, y así controlar las propiedades electrónicas de éste”, indica Crommie. "Al controlar donde se agrupan los electrones y a qué energía, se puede hacer que se muevan con mayor o menor facilidad a través de grafeno; de hecho, controlando sus propiedades de conductividad, ópticas o de microondas. El control del movimiento de los electrones es lo esencial en cualquier dispositivo electrónico".
“Las aplicaciones de este material son numerosas, tanto en pantallas táctiles o iluminación de grandes áreas, como en circuitos microelectrónicos de alta frecuencia”, explica Francisco Guinea, investigador de del Instituto de Ciencia de los Materiales de Madrid (CSIC).
Un valioso laboratorio
Este metal, según los investigadores, posee además propiedades que lo convierten en un valioso laboratorio donde estudiar interacciones entre partículas, similares a las existentes en partículas elementales de alta energía.
Durante los experimentos, los investigadores estudiaron mediante microscopía túnel de barrido, muestras de grafeno sobre superficies muy perfectas de platino. El grafeno aparecía formando una capa que recubría uniformemente la superficie de platino, pero en determinados puntos sobresalían las pequeñas burbujas, de 10 a 15 millonésimas de milímetro o nanómetros, “posiblemente formadas por la diferencia en la expansión térmica del grafeno y el platino”, detalla Guinea.
Los científicos esperan ahora poder esclarecer las propiedades del grafeno en estos elevados campos pseudomagnéticos. “Las burbujas con altas tensiones estudiadas experimentalmente se han formado de manera espontánea, y no se sabe aún cómo generar situaciones análogas de forma controlada. En cualquier caso, estas cuestiones se estudiarán intensivamente en el futuro”, añade el investigador.
El grafeno es un material compuesto por una sola capa de átomos de carbono, distribuidos en una red hexagonal. Este material tiene el espesor mínimo permitido por las leyes de la física. Es posible variar sus propiedades electrónicas y fabricar láminas de grandes dimensiones.
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Referencia bibliográfica:
N. Levy, S. A. Burke, K. L. Meaker, M. Panlasigui, A. Zettl, F. Guinea, A. H. Castro Neto, M. F. Crommie. “Strain induced pseudomagnetic fields over 300T in graphene nanobubbles”. Science 329, 30 de julio de 2010.
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