O rápido desenvolvimento da ciência e da tecnologia de grafeno e materiais atomicamente finos deu mais um passo à frente com novas pesquisas da Universidade de Manchester.

Essa pesquisa, publicado em Ciência , mostra como uma variedade de diferentes propriedades eletrônicas - essencialmente novos materiais - podem ser realizadas simplesmente aplicando um campo magnético.

Os elétrons dentro dos materiais se movem de maneira bem diferente de um elétron livre no vácuo:suas propriedades são fortemente afetadas pelo potencial elétrico dos íons que compõem a rede cristalina. Essa interação muda a massa dos elétrons e transforma os materiais em metais, semicondutores ou isoladores, dependendo da estrutura atômica detalhada. Isso fornece a grande variedade de propriedades de materiais que conhecemos e com as quais trabalhamos.

Mais cedo, os pesquisadores da Universidade de Manchester encontraram maneiras de criar novos materiais com propriedades eletrônicas sob medida, colocando um material eletrônico (neste caso, o grafeno) em cima de outro cristal, nitreto de boro hexagonal. Agora, eles demonstram como criar uma sequência completa de diferentes materiais eletrônicos simplesmente ajustando o campo magnético aplicado.

Nesta combinação de materiais, átomos de nitreto de boro criam um padrão periódico para elétrons no grafeno conhecido como superrede. Tal superrede é caracterizada pela escala de comprimento do padrão periódico, Considerando que a intensidade do campo magnético aplicado pode ser contada nos chamados quanta de fluxo, unidades elementares de campo magnético.

Uma condição de correspondência é alcançada cada vez que uma fração inteira do quantum de fluxo penetra através de uma área dada pela superrede elementar. Com esses valores especiais de campo magnético, os pesquisadores observaram que os elétrons começaram a se mover em linhas retas, como se o campo magnético estivesse ausente.

Isso está em total contraste com o comportamento conhecido dos elétrons em um campo magnético, onde os elétrons devem se mover ao longo de trajetórias curvas conhecidas como órbitas de ciclotron. Como resultado dessas mudanças de trajetórias retas para curvas e de volta em muitas condições correspondentes, os pesquisadores encontraram oscilações na condutividade elétrica de superredes de grafeno.

Todas as oscilações previamente conhecidas em um campo magnético requerem baixas temperaturas, normalmente igual a quando o hélio se torna um líquido. Em contraste, as novas oscilações foram observadas em temperaturas muito altas, bem acima da temperatura ambiente.

Professor Sir Andre Geim da Universidade de Manchester, que ganhou o Prêmio Nobel de Física em 2010 por seu trabalho com grafeno, liderou o esforço experimental e disse:"Os efeitos quânticos oscilatórios sempre apresentam marcos em nossa compreensão das propriedades dos materiais. Eles são extremamente raros. Já se passaram mais de 30 anos desde que um novo tipo de oscilação quântica foi relatado."

Ele acrescentou:"Nossas oscilações se destacam por sua extrema robustez, acontecendo em condições ambientais em campos magnéticos facilmente acessíveis. "

Outro aspecto notável deste trabalho é que as superredes de grafeno foram usadas anteriormente para estudar as chamadas borboletas de Hofstadter, mudanças sutis na estrutura eletrônica com campo magnético. Essas mudanças exibem uma estrutura fractal fascinante.

Professor Vladimir Falko, O diretor do Instituto Nacional de Grafeno que forneceu suporte teórico neste trabalho comentou:"Nosso trabalho ajuda a desmistificar a borboleta Hofstadter. A estrutura fractal complexa do espectro da borboleta Hofstadter pode ser entendida como uma simples quantização Landau na sequência de novos metais criados por magnetismo campo."