El grafeno, un material compuesto por una lámina de átomos de carbono organizados en una estructura de panal, ha sido nuevamente el eje central de un importante avance científico. Un equipo de investigadores internacionales ha identificado una nueva clase de estados cuánticos topológicos en sistemas de grafeno apilados y diseñados con un ajuste minucioso del ángulo entre sus capas. Los resultados de la investigación, publicados en la prestigiosa revista Nature, destacan propiedades electrónicas sin precedentes en esta configuración de grafeno.
‍

Mediante la técnica de apilar dos láminas de grafeno con un pequeño ángulo de giro, se formó un patrón de moiré que alteró las propiedades electrónicas del material. Lo que se observó fue asombroso: los electrones dentro de este sistema se comportan de manera inesperada, formando un estado ordenado, similar al de los cristales de Wigner. Aunque el interior del cristal permanece aislante, estos electrones son capaces de fluir sin resistencia a lo largo de los bordes del material, lo que se conoce como un estado de frontera conductor. Este comportamiento inusual evidencia la naturaleza topológica de la configuración electrónica.
‍

Uno de los aspectos más destacados del estudio fue la identificación del efecto Hall cuántico en este nuevo estado: una resistencia cuantificada directamente relacionada con la constante de Planck y la carga del electrón. Esto ocurre en un estado de llenado electrónico (ν) de 1/4, un avance que implica que los electrones en este sistema muestran un comportamiento de transición de fase de primer orden. Mediciones realizadas a temperaturas que alcanzaron hasta los 10 milikelvin (mK) demostraron la estabilidad de este estado y su especificidad frente al campo magnético aplicado.
‍

La investigación fue liderada por Ruiheng Su, un estudiante de pregrado que jugó un papel clave en diseñar el dispositivo experimental. Esta configuración permitió observar y medir con precisión el comportamiento de los estados topológicos y la resistencia longitudinal (ρxx) y Hall (ρxy) en función de variables como la temperatura y el campo magnético.
‍

Los hallazgos en este sistema de grafeno bilayer-trilayer contribuirán significativamente a áreas como la computación cuántica, ya que podrían facilitar el desarrollo de qubits más estables. Además, la comprensión de cómo los electrones interactúan en sistemas bidimensionales podría abrir puertas a la investigación en superconductividad a temperatura ambiente, una meta ampliamente buscada en la ciencia de materiales.
‍

El artículo también hace referencias a estudios previos relacionados con los cristales de Wigner, reafirmando la conexión entre estos y los efectos cuánticos en materiales bidimensionales. Este trabajo, al explorar los límites del grafeno manipulado, refuerza el complejo panorama de los estados cuánticos de la materia y su vasto potencial en aplicaciones tecnológicas de vanguardia.