Caracterizando contactos cuánticos de grafeno

El grafeno no ha dejado de suscitar interés entre la comunidad científica desde que se descubrieran sus sobresalientes propiedades: desde blindaje antibalas hasta nanotecnología, estudiar cómo se comporta el grafeno bajo ciertas situaciones es abrir el camino a nuevas aplicaciones de este material. De igual manera, los contactos cuánticos, descubiertos a finales del siglo XX, han ido ganando relevancia como detectores de carga extremadamente sensibles, de ahí su enorme utilidad en ciertas arquitecturas de computación cuántica.

Un equipo internacional de investigadores, entre los que se encuentra un investigador del IFISC (UIB-CSIC) ha publicado un artículo en la revista Physical Review Letters en el que explora el comportamiento de estos contactos cuánticos construidos con grafeno. Para hacerlo, construyeron tres dispositivos experimentales utilizando dos láminas de grafeno entre una serie de terminales metálicos. Para comprobar cómo afecta la construcción del dispositivo a sus propiedades, la separación entre los contactos se eligió diferente para cada uno de los contactos cuánticos.

Al aplicar un voltaje las láminas de grafeno, se genera una zona prohibida de energías en el espectro del contacto. Esta característica es típica de materiales semiconductores y es clave para la construcción de transistores de efecto campo, base de la moderna tecnología de circuitos integrados.

El equipo midió entonces la variación de la conductancia (facilidad al paso de corriente) del dispositivo de grafeno en función del voltaje aplicado a los terminales metálicos y observó que dicha variación no era completamente lineal: presentaba ciertas zonas planas donde un aumento o disminución de la diferencia de voltaje no afectaba a la conductancia. La aparición de estas zonas planas es una manifestación espectacular de la física cuántica que gobierna este dispositivo de grafeno.

A continuación, el equipo aplicó un campo magnético y observó que, cuanto mayor era el campo, menor era el efecto del voltaje de los terminales en la conductancia. Además, a partir de cierto valor del campo magnético, los electrones pasan de un confinamiento electroestático a uno magnético, entrando en lo que se conoce como régimen de Hall. Midiendo y relacionando la conductancia con el campo magnético y el voltaje aplicado, se descubrió un patrón que se reprodujo, con ligeras variaciones, en todos los dispositivos construidos. Las simulaciones numéricas pusieron de manifiesto el papel fundamental que desempeña la estructura cristalina de las dos láminas de grafeno en la generación del patrón observado.

Este artículo supone un paso adelante en la caracterización experimental de nanoestructuras de grafeno, lo cual podría tener un impacto considerable en futuros componentes electrónicos para ordenadores cuánticos.

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.