EL EFECTO HALL, AL DESNUDO

El efecto Hall cuántico es un fenómeno de gran importancia en las nuevas tecnologías cuánticas. En materiales diseñados para que los electrones únicamente puedan moverse en un plano, es decir, en dos dimensiones (2D), la resistencia eléctrica a bajas temperaturas varía en forma de escalera al aplicar un campo magnético externo. Lo más sorprendente es que el valor de la conductividad en los escalones toma exactamente el mismo valor para cualquier material y para cualquier muestra independientemente de su calidad. Descubierto en los años 80 por Klaus von Klitzing, fue premiado con el Nobel de Física en 1985. Hasta el descubrimiento del grafeno sólo había sido observado a temperatura extremadamente baja lo que limitaba su aplicabilidad práctica.

En este contexto, el Grupo de Nanotecnología de la Universidad de Salamanca (Nanotech-USAL-Nanolab), dirigido por el catedrático del Departamento de Física Fundamental Enrique Diez Fernández, acaba de publicar en Nature Communications importantes avances sobre el efecto Hall cuántico a temperatura ambiente empleando muestras de grafeno de alta calidad que «abren nuevas vías para la investigación en materiales conductores y su aplicación en dispositivos electrónicos avanzados», informa a comunicación Usal.

Los resultados son fruto del trabajo de investigación desarrollado por los científicos de la USAL en colaboración con investigadores del Instituto de Nanociencia-CNR de Pisa, la Universidad de Aquisgrán, la Universidad Radboud y el Laboratorio Europeo de Altos Campos Magnéticos (EFML) de Nijmegen.

En palabras de Diez Fernández, «hace ya más de 15 años que campos magnéticos extremadamente intensos permitieron la observación por primera vez del efecto Hall cuántico a temperatura ambiente en grafeno». No obstante, la mayoría de los estudios se han realizado en «muestras convencionales de grafeno depositadas sobre SiO2 que contenían muchas impurezas». Entre las características del nuevo trabajo destacó el empleo para su ejecución de muestras de grafeno de alta calidad fabricadas por los propios científicos salmantinos en los laboratorios del grupo en la USAL encapsuladas entre capas de nitruro de boro hexagonal (hBN), proporcionadas por investigadores del NIMS (Japón).

Una vez elaboradas, los investigadores se desplazaron al EFML de Nijmegen para realizar en las nuevas muestras de grafeno Hbn las medidas a altos campos magnéticos, lo que les ha permitido profundizar en la investigación del fenómeno, además de «constatar nuevas y únicas propiedades del comportamiento del grafeno ante el fenómeno del Hall cuántico», subraya.

El efecto Hall cuántico es «una espectacular demostración de los efectos cuánticos en sistemas 2D que habitualmente aparece en presencia de campos magnéticos muy intensos y a temperaturas muy bajas de unos pocos grados Kelvin». Estas condiciones suelen suprimir las vibraciones de la red atómica (fonones), por lo que desempeñan un papel marginal en el transporte electrónico. Asimismo, la dispersión electrón-fonón, es decir, la interacción entre los electrones y las vibraciones de los átomos en el material, puede afectar la conductividad eléctrica. El grafeno es un material puramente 2D formado por átomos de carbono dispuesto en forma de panel de abejas, en estructura de red hexagonal, que se comporta de forma distinta a otros sistemas 2D.