Confirmado: los electrones en grafeno inician una nueva era de la física

Los electrones que fluyen como líquido en el grafeno son insanamente superconductores.

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¿Un comportamiento imposible en los electrones? No gracias al grafeno. Han capturado electrones fluyendo a través del grafeno como un líquido, llegando a límites que los físicos creían fundamentalmente imposibles.

 

El grafeno no solo es más fuerte que el acero y más duro que el diamante, es incluso mejor conductor que el cobre gracias, en parte, a su estructura bidimensional. Ahora, un equipo de científicos del Instituto Nacional de Grafeno ha realizado una serie de experimentos que han revelado una nueva comprensión de la física de materiales conductores al observar el inusual movimiento de los electrones en el grafeno.

 

En la mayoría de los metales, la conductividad está limitada por imperfecciones cristalinas que provocan que los electrones se dispersen frecuentemente como si de bolas de billar se trataran, cuando se mueven a través del material. Los expertos han descubierto, sin embargo, que los electrones se comportan de una forma peculiar en el grafeno, como si fluyeran cual líquido, haciéndolos increíblemente conductores de la energía.

 

Este tipo de conductividad se conoce como flujo superbalístico y evidencia una futura revolución en la forma de conducir la  electricidad.

 

Mueve la energía como un líquido

 

Durante décadas, los científicos habían especulado que, en algunas circunstancias, los electrones podrían dejar de comportarse como lo hacían habitualmente y chocar tan a menudo que realmente empezasen a moverse como un fluido viscoso con todo tipo de propiedades únicas. Ya el año pasado los investigadores confirmaron el fenómeno, demostrando por primera vez que, incluso a temperatura ambiente, los electrones dentro del grafeno podrían actuar como un fluido 100 veces más viscoso que la miel.

Ahora, el mismo equipo, liderado por
Andre Geim, físico de la Universidad de Manchester que ganó el Premio Nobel 2010 por su trabajo sobre el grafeno, ha demostrado que este fenómeno líquido de los electrones es aún más sorprendente de lo que pensábamos.

Al desbloquear este comportamiento fluido, los expertos pudieron observar los electrones en el grafeno rompiendo un límite fundamental para los electrones en un metal normal, conocido como
límite balístico de Landauer.

 

Esta es una de las primeras confirmaciones experimentales que demuestran lo poderoso que podría ser este nuevo tipo de física y, lo que es más importante, también sugiere que podríamos estar al borde de una forma completamente nueva de trasladar la electricidad a través de materiales con una resistencia cercana a cero.

 

Actualmente, esto es algo que los superconductores pueden lograr, pero su capacidad solo emerge a temperaturas inferiores a -267 ° C. Sin embargo, en este último experimento, los físicos fueron capaces de observar este flujo superbalístico a una temperatura relativamente caliente -123 ° C. De hecho, la resistencia disminuyó a medida que aumentaba la temperatura, lo opuesto a lo que cabría esperar.

 

¿Como funciona? En lugar de aumentar la resistencia, a veces, cuando los electrones chocan entre sí, en realidad pueden comenzar a trabajar juntos y facilitar el flujo de corriente.

 

Encontrar una forma de conducir más eficientemente la electricidad a temperaturas más altas es uno de los "Santos Griales" de la física, ya que allanaría el camino para conseguir ordenadores ultra eficientes o redes eléctricas que no pierdan el 7% por ciento de su energía como calor.

 

Por ahora solo hemos rascado la superficie de lo extraño (y extraordinario) que en verdad es el grafeno.

 

Este fantástico material podría sustituir al silicio en la electrónica, mejorar la eficiencia de las baterías, la durabilidad y la conductividad de las pantallas táctiles... un abanico extraordinario de posibilidades.

 

Referencia: R. Krishna Kumar et al. Superballistic flow of viscous electron fluid through graphene constrictions, Nature Physics (2017). DOI: 10.1038/nphys4240

 

Crédito imagen: Universidad de Manchester

 

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