Caracteritzant contactes quàntics de grafè

El grafè no ha deixat de suscitar interès entre la comunitat científica des que es descobriren les excel·lents propietats que té: des de blindatge antibales fins a nanotecnologia. Estudiar com es comporta el grafè en certes situacions és obrir el camí a aplicacions noves d'aquest material. Així mateix, els contactes quàntics descoberts al final del segle XX han guanyat rellevància com a detectors de càrrega extremadament sensibles, d'aquí que siguin enormement útils en certes arquitectures de computació quàntica.

Un equip internacional d'investigadors, entre els quals hi ha un investigador de l’IFISC (UIB-CSIC), ha publicat un article a la revista Physical Review Letters en el qual explora el comportament d'aquests contactes quàntics construïts amb grafè. Per fer-ho, varen construir tres dispositius experimentals utilitzant dues làmines de grafè entre una sèrie de terminals metàl·lics. Per comprovar la manera com afecta la construcció del dispositiu a les seves propietats, la separació entre els contactes es va triar diferent per a cadascun dels contactes quàntics.

En aplicar un voltatge a les làmines de grafè, es genera una zona prohibida d'energies en l'espectre del contacte. Aquesta característica és típica de materials semiconductors i és clau per construir transistors d'efecte camp, base de la moderna tecnologia de circuits integrats.

L'equip va mesurar llavors la variació de la conductància (facilitat al pas de corrent) del dispositiu de grafè en funció del voltatge aplicat als terminals metàl·lics i va observar que aquesta variació no era completament lineal: presentava certes zones planes on un augment o disminució de la diferència de voltatge no afectava la conductància. L'aparició d'aquestes zones planes és una manifestació espectacular de la física quàntica que governa aquest dispositiu de grafè.

A continuació, l'equip va aplicar un camp magnètic i va observar que, com més gran era el camp, menor era l'efecte del voltatge dels terminals en la conductància. A més, a partir de cert valor del camp magnètic, els electrons passen d'un confinament electrostàtic a un magnètic, entrant en el que es coneix com a règim de Hall. Mesurant i relacionant la conductància amb el camp magnètic i el voltatge aplicat, es va descobrir un patró que es va reproduir, amb lleugeres variacions, en tots els dispositius construïts. Les simulacions numèriques varen posar de manifest el paper fonamental que exerceix l'estructura cristal·lina de les dues làmines de grafè en la generació del patró observat.

Aquest article suposa un pas endavant en la caracterització experimental de nanoestructures de grafè, la qual cosa podria tenir un impacte considerable en futurs components electrònics per a ordinadors quàntics.

Overweg, H., Knothe, A., Fabian, T., Linhart, L., Rickhaus, P., Wernli, L., Watanabe, K., Taniguchi, T., Sánchez, D., Burgdörfer, J., Libisch, F., Fal'ko, V. I., Ensslin, K., i Ihn, T. Physical Review Letters 121, 257702 (1-6) (2018). doi: 10.1103/PhysRevLett.121.257702.