Un trabajo con participación del investigador del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) Francisco Guinea ha caracterizado por primera vez con precisión los efectos de la interacción entre los electrones del grafeno. El estudio, que se publica en el último número de Nature Physics y en el que también han participado los Nobel de Física 2010 Andre Geim y Konstantin Novoselov, vuelve a demostrar que los electrones de este material se comportan de forma similar a las partículas de alta energía que se estudian en el LHC y en otros laboratorios.
El grafeno es un material bidimensional, a caballo entre un metal y un semiconductor, compuesto por una sola capa de átomos de carbono colocados en una red hexagonal. Se caracteriza por tener el espesor mínimo permitido por las leyes de la física y por ciertas deformaciones que dan lugar a campos magnéticos muy elevados. Cuando Geim y Novoselov, de la Universidad de Manchester, consiguieron aislar grafeno en 2004, abrieron también las puertas al conocimiento de estas y otras propiedades únicas, entre las que también se incluyen la gran velocidad que alcanzan los electrones y la alta calidad de los cristales.
“El trabajo resalta el parecido entre el grafeno y las partículas elementales. La medida y explicación de lo que pasa en este material es más simple y directa que en los trabajos de física de altas energías. Además, los efectos que se observan en el grafeno se pueden estudiar en un rango mayor de energías”, ha destacado Guinea, investigador del CSIC en el Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid, que lleva años estudiando las propiedades de este material.
Los investigadores han observado que la velocidad de los electrones que viajan en la red hexagonal del grafeno es mayor cuanto menor es su energía, “un efecto muy parecido al que se produce en las partículas elementales relativistas”, aquellas que se mueven a velocidades cercanas a la de la luz y que no tienen masa como, por ejemplo, los fotones. La ecuación matemática que sirve para describir ambos fenómenos es, por tanto, la misma.
“Estos electrones se comportan como si estuviesen en el vacío y tuviesen masa 0, por cómo se difractan a través de la red cristalina. La velocidad es 300 veces menor que la de la luz, de un millón de metros por segundo”, explica Guinea. Según el investigador del CSIC, “la ventaja es que estos efectos se pueden estudiar con más detalle y precisión que en los grandes aceleradores, porque es mucho más fácil hacer experimentos con grafeno”.
El trabajo es un primer paso para obtener muestras “extraordinariamente puras” de grafeno para la futura fabricación de dispositivos electrónicos, como transistores ultrarrápidos o fotodetectores.
D. C. Elías, R. V. Gorbachev, A. S. Mayorov, S. V. Morozov, A. A. Zhukov, P. Blake, L. A. Ponomarenko, I. V. Grigorieva, K. S. Novoselov, F. Guinea, A. K. Geim. Dirac cones reshaped by interaction effects in suspended graphene. Nature Physics. DOI: 10.1038/NPHYS2049.
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