Observando el movimiento inusual de electrones en el grafeno, investigadores de la Universidad de Manchester, han descubierto una nueva comprensión de la física de conductividad de los materiales.
Los experimentos realizados han proporcionado un entendimiento esencial del comportamiento peculiar del flujo de los electrones en el grafeno, descubriendo un conjunto de propiedades que deben ser tomadas en cuenta para el diseño de futuros circuitos nanoelectrónicos.
El grafeno es ampliamente un mejor conductor que el cobre, gracias en gran parte, a su estructura bidimensional. En la mayoría de los metales, la conductividad está limitada por imperfecciones cristalinas, que provocan que los electrones se dispersen como bolas de billar cuando se mueven a través del material.
En algunos materiales de alta calidad, como el grafeno, los electrones pueden recorrer distancias micrométricas sin dispersión, mejorando la conductividad por órdenes de magnitud. Este régimen fundamental para los electrones en un metal normal, impone la máxima conductancia posible, una propiedad conocida como límite balístico de Landauer.
Pero en el estudio realizado, los investigadores muestran que el límite fundamental de Landauer puede ser quebrantado en el grafeno, un hecho que los estudiosos encuentran sorprendente; sin embargo, resulta aún más fascinante, el mecanismo responsable de esto.
Durante décadas, los científicos habían especulado que, en algunas circunstancias, los electrones podrían dejar de comportarse como individuos y chocar tan reiteradamente que comienzan a fluir como un líquido viscoso con propiedades únicas.
Pero no fue sino hasta el año pasado que los investigadores confirmaron el fenómeno, mostrando por primera vez que, incluso a temperatura ambiente, los electrones pueden actuar como un fluido 100 veces más viscosos que la miel, algo que los investigadores denominaron: rareza cuántica derivada de movimiento colectivo de electrones.
La nueva investigación demuestra que este fluido viscoso posee propiedades conductivas realmente sobresalientes. El resultado es bastante contrario a lo que se esperaba; sin embargo, cuando los electrones chocan entre sí, comienzan a trabajar juntos y facilitan el flujo de corriente.
Al estudiar cómo la resistencia a través de las constricciones cambia con la temperatura, los científicos revelaron una nueva magnitud física que llamaron conductancia viscosa. Las mediciones les permitieron determinar la viscosidad electrónica a una precisión tan alta, que los valores extraídos mostraron un notable acuerdo cuantitativo con la teoría.
Andre Geim, profesor del Instituto Nacional del Grafeno en la UM y líder del equipo de investigadores que realizó el estudio, señala: “Hemos llamado a esta nueva magnitud física “conductancia viscosa”; viendo que este es uno de los primeros estudios sobre sus capacidades y ya está desafiando grandes límites físicos, estamos bastante seguros de que en el futuro se va a escuchar mucho más sobre él.”