Un gruppo di ricerca internazionale guidato dall'Università di Göttingen ha rilevato nuovi effetti quantistici in studi ad alta precisione sul grafene naturale a doppio strato e li ha interpretati insieme all'Università del Texas a Dallas utilizzando il loro lavoro teorico. Questa ricerca fornisce nuove informazioni sull'interazione dei portatori di carica e delle diverse fasi e contribuisce alla comprensione dei processi coinvolti. Nella ricerca sono stati coinvolti anche l'LMU di Monaco e l'Istituto nazionale per la scienza dei materiali di Tsukuba, in Giappone. I risultati sono stati pubblicati su Natura .

Il nuovo materiale grafene, uno strato sottilissimo di atomi di carbonio, è stato scoperto per la prima volta da un team di ricerca britannico nel 2004. Tra le altre proprietà insolite, il grafene è noto per la sua conduttività elettrica straordinariamente elevata. Se due singoli strati di grafene sono attorcigliati ad un angolo molto specifico l'uno rispetto all'altro, il sistema diventa anche superconduttore (cioè conduce elettricità senza alcuna resistenza) e mostra altri effetti quantistici eccitanti come il magnetismo. Tuttavia, la produzione di tali doppi strati di grafene contorto ha finora richiesto un maggiore impegno tecnico.

Questo nuovo studio ha utilizzato la forma naturale del grafene a doppio strato, dove non è richiesta alcuna fabbricazione complessa. In una prima fase, il campione viene isolato da un pezzo di grafite in laboratorio utilizzando un semplice nastro adesivo. Per osservare gli effetti della meccanica quantistica, il team di Göttingen ha quindi applicato un campo elettrico elevato perpendicolare al campione:la struttura elettronica del sistema cambia e si verifica un forte accumulo di portatori di carica con energia simile.

A temperature appena sopra lo zero assoluto di meno 273,15 gradi Celsius, gli elettroni nel grafene possono interagire tra loro e una varietà di complesse fasi quantistiche emergono in modo completamente inaspettato. Ad esempio, le interazioni fanno sì che gli spin degli elettroni si allineino, rendendo il materiale magnetico senza ulteriori influenze esterne. Modificando il campo elettrico, i ricercatori possono modificare continuamente la forza delle interazioni dei portatori di carica nel grafene a doppio strato. In condizioni specifiche, gli elettroni possono essere così limitati nella loro libertà di movimento da formare il proprio reticolo di elettroni e non possono più contribuire al trasporto di carica a causa della loro reciproca interazione repulsiva. Il sistema è quindi isolante elettricamente.

"La ricerca futura può ora concentrarsi sullo studio di ulteriori stati quantistici", affermano il professor Thomas Weitz e il dottorato di ricerca. studentessa Anna Seiler, Facoltà di Fisica dell'Università di Göttingen. "Per accedere ad altre applicazioni, ad esempio nuovi sistemi informatici come i computer quantistici, i ricercatori dovrebbero trovare come ottenere questi risultati a temperature più elevate. Tuttavia, uno dei principali vantaggi dell'attuale sistema sviluppato nella nostra nuova ricerca risiede nel semplicità di fabbricazione dei materiali." + Esplora ulteriormente

Scoperto un nuovo effetto quantistico nel grafene presente in natura