Uma equipe de pesquisa internacional liderada pela Universidade de Göttingen detectou novos efeitos quânticos em estudos de alta precisão de grafeno natural de dupla camada e os interpretou em conjunto com a Universidade do Texas em Dallas usando seu trabalho teórico. Esta pesquisa fornece novos insights sobre a interação dos portadores de carga e as diferentes fases, e contribui para a compreensão dos processos envolvidos. A LMU em Munique e o Instituto Nacional de Ciência dos Materiais em Tsukuba, Japão, também estiveram envolvidos na pesquisa. Os resultados foram publicados na Nature .
O novo material grafeno, uma camada fina de átomos de carbono, foi descoberto pela primeira vez por uma equipe de pesquisa britânica em 2004. Entre outras propriedades incomuns, o grafeno é conhecido por sua condutividade elétrica extraordinariamente alta. Se duas camadas individuais de grafeno são torcidas em um ângulo muito específico entre si, o sistema se torna supercondutor (ou seja, conduz eletricidade sem qualquer resistência) e exibe outros efeitos quânticos emocionantes, como o magnetismo. No entanto, a produção de tais camadas duplas de grafeno torcido até agora exigiu um maior esforço técnico.

Este novo estudo usou a forma natural de grafeno de camada dupla, onde nenhuma fabricação complexa é necessária. Em uma primeira etapa, a amostra é isolada de um pedaço de grafite em laboratório usando uma fita adesiva simples. Para observar os efeitos da mecânica quântica, a equipe de Göttingen então aplicou um alto campo elétrico perpendicular à amostra:a estrutura eletrônica do sistema muda e ocorre um forte acúmulo de portadores de carga com energia semelhante.

Em temperaturas um pouco acima do zero absoluto de menos 273,15 graus Celsius, os elétrons no grafeno podem interagir uns com os outros – e uma variedade de fases quânticas complexas emergem de forma completamente inesperada. Por exemplo, as interações fazem com que os spins dos elétrons se alinhem, tornando o material magnético sem qualquer influência externa adicional. Ao alterar o campo elétrico, os pesquisadores podem alterar continuamente a força das interações dos portadores de carga no grafeno de camada dupla. Sob condições específicas, os elétrons podem ser tão restritos em sua liberdade de movimento que formam sua própria rede eletrônica e não podem mais contribuir para o transporte de carga devido à sua interação repulsiva mútua. O sistema é então eletricamente isolante.

"As pesquisas futuras podem agora se concentrar em investigar mais estados quânticos", dizem o professor Thomas Weitz e Ph.D. estudante Anna Seiler, Faculdade de Física da Universidade de Göttingen. "Para acessar outras aplicações, por exemplo, novos sistemas de computador, como computadores quânticos, os pesquisadores precisariam descobrir como esses resultados poderiam ser alcançados em temperaturas mais altas. No entanto, uma grande vantagem do sistema atual desenvolvido em nossa nova pesquisa está no simplicidade da fabricação dos materiais." + Explorar mais

Novo efeito quântico descoberto em grafeno natural