Un semplice foglio di grafene ha proprietà degne di nota dovute a un fenomeno quantistico nella sua struttura elettronica chiamato coni di Dirac. Il sistema diventa ancora più interessante se comprende due fogli di grafene sovrapposti, e uno è leggermente ruotato nel proprio piano in modo che i fori nei due reticoli di carbonio non coincidano più completamente. Per angoli di torsione specifici, il sistema a doppio strato di grafene mostra proprietà esotiche come la superconduttività.

Un nuovo studio condotto dalla fisica brasiliana Aline Ramires con Jose Lado, un ricercatore di origine spagnola presso il Politecnico federale di Zurigo (ETH Zurigo), mostra che l'applicazione di un campo elettrico a un tale sistema produce un effetto identico a quello di un campo magnetico estremamente intenso applicato a due fogli di grafene allineati.

Un articolo sullo studio è stato recentemente pubblicato su Lettere di revisione fisica . È anche disponibile sulla piattaforma di pre-pubblicazione arXiv.

"Ho eseguito l'analisi, ed è stato verificato computazionalmente da Lado, " Ha detto Ramires. "Permette di controllare le proprietà elettroniche del grafene per mezzo di campi elettrici, generando campi magnetici artificiali ma efficaci con grandezze molto maggiori di quelle dei campi magnetici reali che possono essere applicati."

I due fogli di grafene devono essere abbastanza vicini tra loro perché gli orbitali elettronici di uno possano interagire con gli orbitali elettronici dell'altro, lei spiegò. Ciò significa una separazione vicina a circa un angstrom (10-10 metri o 0,1 nanometri), che è la distanza tra due atomi di carbonio nel grafene.

Un altro requisito è un piccolo angolo di torsione per ogni foglio rispetto all'altro, meno di un grado. Sebbene del tutto teorico, lo studio ha un chiaro potenziale tecnologico, poiché mostra che un materiale versatile come il grafene può essere manipolato in regimi finora inesplorati.

"I campi magnetici artificiali proposti in precedenza erano basati sull'applicazione di forze per deformare il materiale. La nostra proposta consente di controllare la generazione di questi campi con una precisione molto maggiore. Ciò potrebbe avere applicazioni pratiche, " Disse Ramires.

Gli stati esotici della materia indotti dai campi magnetici artificiali sono associati alla comparsa di "livelli pseudo-Landau" nei fogli di grafene. Livelli di Landau, dal nome del fisico e matematico sovietico Lev Landau (1908-1968), Premio Nobel per la Fisica nel 1962, sono un fenomeno quantistico per cui in presenza di un campo magnetico, le particelle elettricamente cariche possono occupare solo orbite con valori energetici discreti. Il numero di elettroni in ciascun livello di Landau è direttamente proporzionale alla grandezza del campo magnetico applicato.

"Questi stati sono ben localizzati nello spazio; quando le particelle interagiscono a questi livelli, le interazioni sono molto più intense del solito. La formazione di livelli pseudo-Landau spiega perché i campi magnetici artificiali fanno apparire nel materiale proprietà esotiche come la superconduttività o i liquidi di spin, " Disse Ramires.