A mecânica quântica é o campo da física que rege o comportamento das coisas em escalas atômicas, onde as coisas funcionam de maneira muito diferente do nosso mundo cotidiano.

Uma das manifestações mais diretas da mecânica quântica é a quantização. A quantização resulta no caráter discreto das propriedades físicas em pequenas escalas, que poderia ser o raio de uma órbita atômica ou a resistência de um fio molecular. O mais famoso, que ganhou o Prêmio Nobel para Albert Einstein, é a quantização da energia do fóton no efeito fotoelétrico - a observação de que muitos metais emitem elétrons quando a luz incide sobre eles.

A quantização ocorre quando uma partícula quântica está confinada a um pequeno espaço. Sua função de onda desenvolve um padrão de onda estacionária, como ondas em uma pequena poça. Os físicos falam então de quantização de tamanho:a energia da partícula pode assumir apenas os valores em que o padrão nodal da onda estacionária corresponde ao limite do sistema.

Uma consequência marcante da quantização de tamanho é a condutância quantizada:o número de partículas que podem atravessar simultaneamente um corredor estreito, uma chamada nanoconstrição, tornam-se discretos. Como resultado, a corrente por meio de tal constrição é um múltiplo inteiro do quantum de condutância.

Em um recente trabalho experimental e teórico conjunto, um grupo internacional de físicos demonstrou quantização de tamanho de portadores de carga, ou seja, condutância quantizada em amostras em nanoescala de grafeno. Os resultados foram publicados em um artigo chamado "Quantização de tamanho de férmions de Dirac em constrições de grafeno" em Nature Communications .

O grafeno de material de alta qualidade, uma camada atômica única de carbono, embebido em nitreto de boro hexagonal demonstra física incomum devido à hexagonal - ou favo de mel - simetria de sua estrutura. Contudo, observar a quantização de tamanho de portadores de carga em nanoconstrições de grafeno tem, até agora, provou ser evasivo devido à alta sensibilidade da onda de elétrons à desordem.

Os pesquisadores demonstraram efeitos de quantização em temperaturas muito baixas (Hélio líquido), onde cessa a influência do distúrbio térmico. Esta nova abordagem - de encapsular constrições de grafeno entre camadas de nitreto de boro - permitiu amostras excepcionalmente limpas, e, portanto, medições altamente precisas.

No campo magnético zero, a corrente medida mostra assinaturas claras de quantização de tamanho, seguindo de perto as previsões teóricas. Para aumentar o campo magnético, essas estruturas evoluem gradualmente para os níveis de Landau do efeito Hall quântico.

"A alta sensibilidade desta transição para espalhamento nas bordas de constrição revela detalhes indispensáveis ​​sobre o papel do espalhamento de borda em futuros dispositivos nanoeletrônicos de grafeno, "disse Slava V. Rotkin, professor de física e ciência dos materiais e engenharia da Universidade de Lehigh e co-autor do estudo.