L'esclusiva struttura 2-D del grafene significa che gli elettroni lo attraversano in modo diverso rispetto alla maggior parte degli altri materiali. Una conseguenza di questo trasporto unico è che l'applicazione di una tensione non ferma gli elettroni come nella maggior parte degli altri materiali. Questo è un problema, perché per ottenere utili applicazioni dal grafene e dai suoi elettroni unici, come i computer quantistici, è necessario essere in grado di fermare e controllare gli elettroni del grafene.

Un team interdisciplinare di scienziati dell'Universidad Autonoma de Madrid (Spagna), Université Grenoble Alpes (Francia), L'International Iberian Nanotechnology Laboratory (Portogallo) e l'Università di Aalto hanno risolto questo problema di vecchia data. Il team includeva i ricercatori sperimentali Eva Cortés del Río, Pierre Mallet, Héctor González-Herrero, José María Gómez-Rodríguez, Jean-Yves Veuillen e Iván Brihuega e teorici tra cui Joaquín Fernández-Rossier e Jose Lado, professore assistente nel dipartimento di Fisica Applicata ad Aalto.

Il team sperimentale ha utilizzato mattoni atomici per costruire muri in grado di fermare gli elettroni del grafene. Ciò è stato ottenuto creando pareti atomiche che confinavano gli elettroni, portando a strutture il cui spettro è stato poi confrontato con previsioni teoriche, dimostrando che gli elettroni erano confinati. In particolare, si è ottenuto che le strutture ingegnerizzate davano luogo ad un confinamento quasi perfetto degli elettroni, come dimostrato dall'emergere di risonanze affilate di pozzi quantistici con una durata notevolmente lunga.

Il lavoro, pubblicato questa settimana in Materiale avanzato , dimostra che pareti impenetrabili per gli elettroni di grafene possono essere create dalla manipolazione collettiva di un gran numero di atomi di idrogeno. Negli esperimenti, un microscopio a scansione a effetto tunnel è stato utilizzato per costruire pareti artificiali con precisione sub nanometrica. Ciò ha portato a nanostrutture di grafene di forme arbitrariamente complesse, con dimensioni che vanno da due nanometri a un micron.

È importante sottolineare che il metodo non è distruttivo, consentendo ai ricercatori di cancellare e ricostruire le nanostrutture a piacimento, fornendo un grado di controllo senza precedenti per creare dispositivi di grafene artificiale. Gli esperimenti dimostrano che le nanostrutture ingegnerizzate sono in grado di confinare perfettamente gli elettroni di grafene in queste strutture progettate artificialmente, superando la sfida critica imposta dal Klein tunneling. In definitiva, questo apre molte nuove entusiasmanti possibilità, poiché le nanostrutture realizzano punti quantici di grafene che possono essere accoppiati selettivamente, possibilità di apertura per la materia quantistica progettata artificialmente.