El pastel de capas de disulfuro de molibdeno MoS2 descansa sobre la mesa del laboratorio. Se prepara de la manera habitual: una cinta adhesiva arranca las capas superiores para obtener una muestra delgada. Pero bajo la cinta queda una cavidad invisible, donde los pisos atómicos ya no están apretados entre sí. Es allí donde los electrones comienzan a comportarse de manera diferente que en el interior del cristal.
Los electrones en un material laminar suelen moverse libremente en las tres dimensiones. Pero cuando las capas superiores se desprenden del volumen, aparece un espacio entre ellas y el resto del cristal. Los electrones caen en una rendija estrecha donde su movimiento hacia arriba y hacia abajo está restringido. Esa rendija actúa como un pozo cuántico: en él solo se permiten niveles de energía discretos, no un espectro continuo. Los físicos observaron estos niveles con ARPES, un método que extrae electrones con luz y mide su energía y momento.
El número de niveles variaba de una muestra a otra: de uno a ocho. Sus energías se alinearon como los peldaños de una escalera con intervalos iguales. Esa regularidad indica que el fondo del pozo no es plano, sino curvo, como un cuenco parabólico. El ancho del pozo resultó diminuto: de 0,6 a 4,9 nanómetros. Para comparar, el diámetro de una molécula de ADN es de unos 2 nanómetros, y aquí en el pozo cabe solo una capa de MoS2.
Antes se pensaba que la exfoliación mecánica no alteraba la estructura del MoS2 volumétrico. Los estados adicionales en los espectros se atribuían a defectos o errores de medición. Ahora está claro: esos estados surgen del desprendimiento de las capas superiores, que forman un pozo cuántico. Este descubrimiento cambia la interpretación de los datos para muchos materiales laminares. También ofrece una forma sencilla de crear pozos cuánticos sin epitaxia compleja: basta con exfoliar el cristal con cuidado.
El pastel de capas vuelve a estar sobre la mesa. Ahora se ve que entre sus pisos se esconden pozos invisibles, donde los electrones viven en peldaños de energía separados. La cinta, que parecía una simple herramienta de preparación de muestras, en realidad construye estructuras cuánticas. Y cada vez que un físico arranca una capa, sin querer crea una nueva escalera para los electrones.
El ancho mínimo del pozo cuántico fue de 0,6 nm, comparable al diámetro de una molécula de ADN (alrededor de 2 nm), pero en él cabe solo una capa de MoS2.