Un violín de probeta: bandas planas en grafeno cultivado ✛
Un violín Stradivarius solo puede hacerse con madera que creció en condiciones especiales. Durante mucho tiempo se pensó que el grafeno para efectos cuánticos delicados debía exfoliarse con cinta adhesiva del grafito, y que un cristal cultivado en probeta no era capaz de ello. Este trabajo demuestra que el grafeno cultivado a partir de una mezcla gaseosa ha sonado como un violín Stradivarius.
Dos cristales de grafeno se cultivaron sobre un mismo grano de cobre para que sus redes estuvieran alineadas; luego se transfirieron a un sustrato y se apilaron con una rotación de unos 1,2 grados. Este ángulo se denomina mágico: con él, los electrones de las dos capas comienzan a moverse de manera coordinada y aparecen bandas planas donde su velocidad cae casi a cero. Es precisamente en estas bandas donde nacen la superconductividad y otros estados inusuales. Antes solo se habían visto en muestras exfoliadas a mano, y las películas cultivadas se consideraban demasiado sucias.
La superficie de la muestra se limpió "barriéndola" con la punta de un microscopio de fuerza atómica, y luego se midió la estructura electrónica mediante fotoemisión con un punto de aproximadamente un micrómetro. Los espectros mostraron bandas planas cerca del nivel de Fermi, y su anchura resultó ser de unos 24 milielectronvoltios, comparable a las mejores muestras exfoliadas. El análisis reveló un dominio con ángulo casi mágico de 15 por 10 micrómetros, y un ajuste más preciso dio un área de 84 ± 41 micrómetros cuadrados. Es como encontrar en un bosque plantado por el hombre una zona donde los árboles están alineados con precisión de centímetros.
Hasta este trabajo se desconocía si el grafeno cultivado podía conservar las frágiles bandas planas. Ahora está claro que sí puede, y la calidad no desmerece del estándar. Queda un problema: el dominio con ángulo mágico se relaja gradualmente hacia el empaquetamiento ordinario, y la longitud de esta transición fue de 4,1 micrómetros. Pero incluso esa región es suficiente para colocar contactos y compuertas y comprobar si los estados inusuales se mantienen a bajas temperaturas.
Así, el violín de probeta ha sonado. Queda afinarlo para que el sonido sea limpio en cada ejemplar, no solo en uno afortunado.
El período de la red de moiré de 12,9 nanómetros significa que en la longitud de un dominio de 10 micrómetros caben aproximadamente 775 celdas unitarias de la superred.