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ERC

HOWTOCONTROLGRAPHENE Resultado resumido

Project ID: 226043
Financiado con arreglo a: FP7-IDEAS-ERC
País: Países Bajos

Es posible detener electrones en el grafeno

El grafeno, material maravilloso constituido por una sola lámina de carbono de un solo átomo de grosor, puede servir como laboratorio para estudiar fenómenos físicos sorprendentes, en parte porque sus electrones se comportan como si no tuviesen masa. Aunque esta peculiaridad hace que el grafeno sea un buen conductor, controlar la dinámica de las partículas puede ofrecer oportunidades únicas para crear dispositivos electrónicos rápidos.
Es posible detener electrones en el grafeno
El grafeno es una forma física fundamental del carbono con una estructura hexagonal en forma de panal. En esta estructura hexagonal, los electrones se mueven como si no tuviesen masa. Los electrones del grafeno se llaman electrones de Dirac porque siguen la misma ecuación exacta que las partículas sin masa que viajan a la velocidad de la luz: los fotones. Su velocidad es unas trescientas veces menor que la de la luz, pero sigue siendo muy elevada en comparación con otros materiales.

Los científicos iniciaron el proyecto HOWTOCONTROLGRAPHENE (Search for mechanisms to control massless electrons in graphene) para lograr controlar el flujo de electrones, ya que un campo eléctrico es incapaz de detener un electrón sin masa.

Los científicos hallaron que los bordes de la estructura del grafeno pueden controlar fermiones de Dirac eficazmente. Concluyeron que un solo parámetro basta para describir una amplia variedad de fronteras, ya que determina la densidad de estados electrónicos y la velocidad de propagación a lo largo de la frontera. La condición de frontera con un solo parámetro es una alternativa eficaz a los cálculos por ordenador en la escala microscópica. Sobre esta base se puede predecir la ausencia de dispersión entre valles en una amplia variedad de reconstrucciones y orientaciones de las fronteras.

Los estados de las fronteras a lo largo de las interfaces grafeno-superconductor pueden llegar a ser superconductores, lo cual da lugar a corrientes de espín sin carga. Este es un hallazgo importante, puesto que los electrones que fluyen sin masa y sin resistencia en el grafeno podrían dar lugar a nuevos dispositivos espintrónicos innovadores.

La reacción del grafeno con hidrógeno atómico puede transformarlo en un aislante. Aunque el derivado del grafeno sigue teniendo una red cristalina hexagonal, su período se vuelve claramente más corto. En la literatura se encuentran resultados contradictorios sobre si las masas aleatorias pueden o no pueden localizar los fermiones y, así, transformar el grafeno de metal en aislante. Los científicos resolvieron este problema comparando el comportamiento de los fermiones de Dirac en grafeno y en aislantes topológicos. Con la ayuda de simulaciones por ordenador, los resultados mostraron claramente que no existe una fase metálica en el grafeno con una masa aleatoria.

Llevar fermiones de Dirac próximos entre sí a un estado de superconductividad puede convertirlos en un par de fermiones de Majorana. A diferencia de los fermiones de Dirac, estos son sus propias antipartículas. Los científicos obtuvieron evidencias de estas partículas elusivas con estadísticas no abelianas, que podrían ser los bloques de construcción idóneos para un ordenador cuántico.

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Palabras clave

Grafeno, electrónica rápida, sin masa, fermiones de Dirac, estados de frontera, fermión de Majorana, ordenador cuántico
Número de registro: 188479 / Última actualización el: 2016-09-08
Dominio: Tecnologías industriales