La mecánica cuántica es el campo de la física que rige el comportamiento de las cosas en escalas atómicas, donde las cosas funcionan de manera muy diferente a nuestro mundo cotidiano.
Una de las manifestaciones más directas de la mecánica cuántica es la cuantización. La cuantificación da como resultado el carácter discreto de las propiedades físicas a escalas pequeñas, que podrían ser el radio de una órbita atómica o la resistencia de un cable molecular. La más famosa, queganó el Premio Nobel Albert Einstein, es la cuantificación de la energía de los fotones en el efecto fotoeléctrico, la observación de que muchos metales emiten electrones cuando la luz brilla sobre ellos.
La cuantización ocurre cuando una partícula cuántica está confinada a un espacio pequeño. Su función de onda desarrolla un patrón de onda estacionaria, como las ondas en un pequeño charco. Los físicos luego hablan de cuantificación de tamaño: la energía de la partícula solo puede tomar esos valores dondeEl patrón nodal de la onda estacionaria coincide con el límite del sistema.
Una consecuencia sorprendente de la cuantización del tamaño es la conductancia cuantificada: el número de partículas que pueden atravesar simultáneamente un corredor estrecho, una llamada nanoconstricción, se vuelve discreta. Como resultado, la corriente a través de dicha constricción es un múltiplo entero del cuanto deconductancia.
En un trabajo experimental y teórico conjunto reciente, un grupo internacional de físicos demostró la cuantificación del tamaño de los portadores de carga, es decir, la conductancia cuantificada en muestras de grafeno a nanoescala. Los resultados se publicaron en un artículo llamado "Cuantización del tamaño de fermiones de Dirac en las constricciones de grafeno"."en Comunicaciones de la naturaleza .
El material de grafeno de alta calidad, una capa atómica única de carbono, incrustada en nitruro de boro hexagonal demuestra una física inusual debido a la simetría hexagonal - o panal de miel - de su red. Sin embargo, observando la cuantización del tamaño de los portadores de carga enlas nanoconstricciones de grafeno, hasta ahora, han resultado esquivas debido a la alta sensibilidad de la onda de electrones al desorden.
Los investigadores demostraron efectos de cuantificación a temperaturas muy bajas helio líquido, donde cesa la influencia del trastorno térmico. Este nuevo enfoque, de encapsular las constricciones de grafeno entre capas de nitruro de boro, permitió muestras excepcionalmente limpias y, por lo tanto, altamente precisasmediciones.
En el campo magnético cero, la corriente medida muestra firmas claras de cuantificación del tamaño, siguiendo de cerca las predicciones teóricas. Para aumentar el campo magnético, estas estructuras evolucionan gradualmente hacia los niveles de Landau del efecto Hall cuántico.
"La alta sensibilidad de esta transición a la dispersión en los bordes de constricción revela detalles indispensables sobre el papel de la dispersión de bordes en futuros dispositivos nanoelectrónicos de grafeno", dijo Slava V. Rotkin, profesora de física e ciencia e ingeniería de materiales en la Universidad de Lehigh y uncoautor del estudio.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad de Lehigh . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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