Grafene, scoperto nuovo effetto quantistico per manipolarne resistenza elettrica

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Un effetto che riguarda la “quantizzazione” della resistenza elettrica nel grafene è stato scoperto da un team di ricercatori dell’Università di Göttingen, dell’Università Ludwig Maximilian di Monaco e dell’Università del Texas (Dallas). Lo studio, pubblicato su Nature, si basa su una scoperta che viene definita come “speciale” perché potrebbe essere sfruttata in diversi settori che vedono l’utilizzo del grafene, dallo sviluppo di componenti per il computer, in particolare per quelli da utilizzare nel settore della spintronica, a quello dell’archiviazione dei dati, come spiega Thomas Weitz, professore nell’Istituto di fisica Gottinga ed uno degli autori dello studio.

Resistenza elettrica di un materiale

Il fenomeno riguarda la resistenza elettrica di un materiale. Questa proprietà dipende da altre proprietà fondamentali dello stesso materiale, in particolare delle sue dimensioni fisiche. Quindi il livello di resistenza elettrica di un determinato materiale spesso non è fisso ma dipende proprio da questi fattori.
Tuttavia in alcuni casi questo valore può essere “fisso” e indipendente dalle proprietà di base del materiale stesso. Si parla dei materiali “quantizzati”, ossia di materiali per i quali il livello di resistenza elettrica cambia attraverso fasi e non in maniera continua.

Quantizzazione della resistenza elettrica di un materiale

La quantizzazione della resistenza elettrica di un materiale di solito avviene quando ci sono forti campi magnetici e a temperature molto basse. Quando si verificano questi due fattori, in alcuni materiali gli elettroni possono cominciare a muoversi solo nello spazio bidimensionale. È quello che hanno scoperto i ricercatori nel grafene a doppio strato, ossia un foglio di grafene con uno spessore di soli due atomi.
Il doppio strato di grafene realizzato dai ricercatori mostra l’effetto di quantizzazione della resistenza elettrica a basse temperature e con campi magnetici quasi impercettibili. I ricercatori notavano che la corrente elettrica scorreva nel grafene praticamente senza perdita di energia.

Effetto può essere attivato e disattivato

Si tratta di una scoperta che potrebbe tradursi in un grado di controllo di uno strato di grafene così sottile molto elevato tanto che lo stesso effetto può essere attivato e disattivato e anche la direzione delle stesse particelle cariche può essere manipolata.
Attualmente i ricercatori riescono a riprodurre il fenomeno solo con grafene bidimensionale a temperature di 5° sopra lo zero assoluto. Intendono, però, riprodurlo a temperature più elevate.

Note e approfondimenti

  1. Quantum anomalous Hall octet driven by orbital magnetism in bilayer graphene | Nature (IA) (DOI: 10.1038/s41586-021-03849-w)

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