El pastel de capas de disulfuro de molibdeno MoS2 reposa sobre la mesa del laboratorio. Se prepara de la manera habitual: una cinta adhesiva arranca las capas superiores para obtener una muestra delgada. Pero debajo de 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 a como lo hacen en el interior del cristal.
Los electrones en un material laminar normalmente deambulan libremente en las tres dimensiones. Pero cuando las capas superiores se despegan del volumen, entre ellas y el resto del cristal aparece un hueco. Los electrones caen en una estrecha cavidad donde su movimiento vertical está restringido. Esta cavidad actúa como un pozo cuántico: en él solo se permiten niveles de energía discretos, no un espectro continuo. Los físicos observaron estos niveles mediante ARPES, un método que arranca 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 alineaban en una serie que recuerda los escalones de una escalera con intervalos iguales. Esta regularidad sugiere que el fondo del pozo no es plano, sino curvo, como un cuenco parabólico. La anchura del pozo resultó ser diminuta: 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 el exfoliado mecánico no alteraba la estructura del MoS2 volumétrico. Los estados adicionales en los espectros se atribuían a defectos o errores de medición. Ahora está claro: estos estados surgen del desprendimiento de las capas superiores, que forman un pozo cuántico. Este hallazgo cambia la interpretación de los datos de muchos materiales laminares. También ofrece una manera 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 habitan en escalones de energía individuales. 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.