Un descubrimiento desvela el potencial de un "material milagroso" para la electrónica del futuro
Un equipo de investigadores observa efectos Floquet en el grafeno que allanan el camino para una tecnología innovadora
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El grafeno es un material extraordinario: una lámina de átomos de carbono entrelazados de sólo un átomo de grosor que es estable y extremadamente conductora. Por eso resulta útil en diversos campos, como pantallas electrónicas flexibles, sensores de alta precisión, baterías potentes y células solares eficientes. Un nuevo estudio -dirigido por la Universidad de Gotinga, en colaboración con colegas de Braunschweig y Bremen (Alemania) y Friburgo (Suiza)- lleva ahora el potencial del grafeno a un nivel completamente nuevo. Por primera vez, los investigadores han observado directamente los "efectos Floquet" en el grafeno. Se resuelve así un antiguo debate: La ingeniería Floquet -método por el que se alteran con gran precisión las propiedades de un material mediante pulsos de luz- también funciona en materiales cuánticos metálicos y semimetálicos como el grafeno. El estudio se publicó en Nature Physics.
El fenómeno físico conocido como "estados Floquet", que se ha observado por primera vez en el grafeno, tal y como lo concibió la artista Lina Segerer. Esta imagen "Conos de Dirac I" explora el concepto de los estados Floquet en el grafeno generados por pulsos de luz. El cuadro muestra la estructura electrónica tridimensional del grafeno -conocidos como conos de Dirac- y sus réplicas creadas por la luz.
Lina Segerer (www.linasegerer.de)
Los investigadores utilizaron microscopía de impulsos de femtosegundos para investigar experimentalmente los estados Floquet en el grafeno. En esta técnica, las muestras se excitan primero con rápidos destellos de luz y luego se examinan con un pulso de luz retardado para rastrear los procesos dinámicos en el material. "Nuestras mediciones demuestran claramente que se producen 'efectos Floquet' en el espectro de fotoemisión del grafeno", explica el Dr. Marco Merboldt, físico de la Universidad de Gotinga y primer autor del estudio. "Esto deja claro que la ingeniería de Floquet funciona realmente en estos sistemas, y el potencial de este descubrimiento es enorme". El estudio demuestra que la ingeniería de Floquet funciona en muchos materiales. Esto significa que el objetivo de diseñar materiales cuánticos con propiedades específicas -y hacerlo con pulsos láser en un tiempo extremadamente corto- está cada vez más cerca.
Adaptar materiales de este modo a aplicaciones específicas podría sentar las bases de la electrónica, la informática y la tecnología de sensores del futuro. El profesor Marcel Reutzel, que dirigió la investigación en Gotinga junto con el profesor Stefan Mathias, afirma: "Nuestros resultados abren nuevas vías para controlar con luz los estados electrónicos de los materiales cuánticos. Esto podría conducir a tecnologías en las que los electrones se manipulen de forma selectiva y controlada". Reutzel añade: "Lo que es especialmente emocionante es que esto también nos permite investigar las propiedades topológicas. Se trata de propiedades especiales y muy estables que tienen un gran potencial para desarrollar ordenadores cuánticos fiables o nuevos sensores para el futuro."
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Publicación original
Marco Merboldt, Michael Schüler, David Schmitt, Jan Philipp Bange, Wiebke Bennecke, Karun Gadge, Klaus Pierz, Hans Werner Schumacher, Davood Momeni, Daniel Steil, Salvatore R. Manmana, Michael A. Sentef, Marcel Reutzel, Stefan Mathias; "Observation of Floquet states in graphene"; Nature Physics, Volume 21, 2025-5-6
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