Uma simples folha de grafeno tem propriedades notáveis ​​devido a um fenômeno quântico em sua estrutura de elétrons chamados cones de Dirac. O sistema torna-se ainda mais interessante se for composto por duas folhas de grafeno sobrepostas, e um é ligeiramente girado em seu próprio plano, de modo que os buracos nas duas redes de carbono não coincidem mais completamente. Para ângulos específicos de torção, o sistema de grafeno de duas camadas exibe propriedades exóticas, como supercondutividade.

Um novo estudo realizado pela física brasileira Aline Ramires com Jose Lado, um pesquisador espanhol do Instituto Federal Suíço de Tecnologia (ETH Zurique), mostra que a aplicação de um campo elétrico a tal sistema produz um efeito idêntico ao de um campo magnético extremamente intenso aplicado a duas folhas de grafeno alinhadas.

Um artigo sobre o estudo foi publicado recentemente em Cartas de revisão física . Também está disponível na plataforma de pré-publicação arXiv.

"Eu realizei a análise, e foi verificado computacionalmente por Lado, "Ramires disse." Ele permite que as propriedades eletrônicas do grafeno sejam controladas por meio de campos elétricos, gerando campos magnéticos artificiais, mas eficazes, com magnitudes muito maiores do que os campos magnéticos reais que podem ser aplicados. "

As duas folhas de grafeno devem estar próximas o suficiente para que os orbitais eletrônicos de uma interajam com os orbitais eletrônicos da outra, ela explicou. Isso significa uma separação tão próxima quanto aproximadamente um angstrom (10-10 metros ou 0,1 nanômetro), que é a distância entre dois átomos de carbono no grafeno.

Outro requisito é um pequeno ângulo de torção para cada folha em comparação com a outra - menos de um grau. Embora inteiramente teórico, o estudo tem claro potencial tecnológico, pois mostra que um material versátil como o grafeno pode ser manipulado em regimes até então inexplorados.

“Os campos magnéticos artificiais propostos anteriormente baseavam-se na aplicação de forças para deformar o material. Nossa proposta permite que a geração desses campos seja controlada com muito maior precisão. Isso poderia ter aplicações práticas, "Ramires disse.

Os estados exóticos da matéria induzidos por campos magnéticos artificiais estão associados ao aparecimento de "níveis pseudo-Landau" nas folhas de grafeno. Níveis de Landau - nomeados em homenagem ao físico e matemático soviético Lev Landau (1908-1968), Prêmio Nobel de Física em 1962 - é um fenômeno quântico em que, na presença de um campo magnético, partículas eletricamente carregadas só podem ocupar órbitas com valores de energia discretos. O número de elétrons em cada nível de Landau é diretamente proporcional à magnitude do campo magnético aplicado.

"Esses estados estão bem localizados no espaço; quando as partículas interagem nesses níveis, as interações são muito mais intensas do que o normal. A formação de níveis pseudo-Landau explica por que os campos magnéticos artificiais fazem com que propriedades exóticas, como supercondutividade ou líquidos de spin apareçam no material, "Ramires disse.