La luz acciona el interruptor del grafeno exprés
Un destello láser golpea una capa de plata de un átomo de espesor depositada sobre grafeno bicapa, y en billonésimas de segundo se abre en la estructura electrónica del grafeno una brecha que antes no existía. Es como si un cable común se convirtiera por un instante en semiconductor: los electrones dejan de fluir libremente y aparece una banda prohibida.
La causa es la transferencia de carga entre las capas. La luz arranca electrones que saltan de la plata al grafeno, y el campo eléctrico en la interfaz cambia. Ese campo actúa como una compuerta ultrarápida: reordena las bandas de energía del grafeno y abre la brecha. Al mismo tiempo, se generan muchos electrones calientes que refuerzan el apantallamiento —la capacidad de las cargas para atenuar campos externos—. El apantallamiento, como una manta, amortigua el campo y la brecha se cierra de nuevo, quedando incluso más pequeña que en estado de reposo.
El experimento se realizó mediante espectroscopía de fotoemisión resuelta en tiempo y ángulo. Un pulso láser corto arranca electrones de la muestra y un detector los captura uno a uno, midiendo su energía y dirección. Así se puede seguir la estructura electrónica en tiempo real, fotograma a fotograma, con pasos de femtosegundos. En este trabajo, el grafeno bicapa está apilado de una manera especial: en la llamada pila de Bernal, donde las capas están ligeramente desplazadas entre sí, como ladrillos en un muro.
Los dos mecanismos —la transferencia de carga y los electrones calientes— actúan en direcciones opuestas. El primero abre la brecha; el segundo la cierra. Controlando la intensidad y la duración del destello, se puede elegir qué proceso predomina. Esto brinda a los físicos una herramienta para controlar ultrarrápidamente las propiedades del grafeno y, en el futuro, para crear transistores ópticos que funcionen a frecuencias inaccesibles para la electrónica convencional. El mismo enfoque servirá para estudiar estados cuánticos inusuales en el grafeno bicapa lejos del equilibrio.
Una capa de plata de un átomo de espesor sobre grafeno es como papel de aluminio estirado al límite: solo una «página» de átomos, pero capaz de transferir carga y modificar las propiedades del material vecino.
En la novela de Neal Stephenson «La era del diamante», la materia se programa a nivel atómico; controlar las propiedades electrónicas del grafeno con luz es un paso hacia esa ingeniería.