Publicado en Science: Ruptura espontánea de la simetría en una bicapa de grafeno

El espectro de energía del grafeno (una capa monoatómica de carbono) y de una bicapa de grafeno presenta una serie de simetrías que se pueden romper de forma espontánea si se aplica un campo magnético. En una bicapa de grafeno esta ruptura de simetría también se observa para un campo magnético nulo (a baja temperatura). Un nuevo artículo publicado en Science muestra por primera vez la observación experimental de la ruptura espontánea de la simetría de inversión temporal (T) en una bicapa de grafeno, predicha con anterioridad por los físicos teóricos. El artículo técnico es Ralf Thomas Weitz et al. (Universidad de Harvard, ), “Broken-Symmetry States in Doubly Gated Suspended Bilayer Graphene,” Science Express, Published Online October 14, 2010 [disponible en ArXiv].

Las propiedades electrónicas únicas (de una capa monoatómica) del  grafeno también se observan en una bicapa de grafeno. La aplicación de un campo eléctrico transversal a la bicapa de grafeno abre una banda prohibida entre la banda de conducción y la de valencia, lo que lo convierte en un semiconductor de interés en la industria microelectrónica y optoelectrónica. Más aún, el efecto Hall cuántico tanto en el grafeno como en una bicapa de grafeno presenta características muy peculiares de gran interés físico. En el grafeno los niveles de Landau degeneran con una simetría de orden cuatro, que en la bicapa de grafeno se transforma en una simetría de orden ocho. La ruptura espontánea de estas simetrías, causada por las interacciones entre electrones, permite utilizar estos materiales como análogos físicos para el estudio de este fenómeno de gran interés en física fundamental (el bosón de Higgs, ahora tan de moda, media la ruptura espontánea de la simetría electrodébil). Para inducir la ruptura espontánea de estas simetrías se aplican campos magnéticos o eléctricos sobre monocapas o bicapas de grafeno de alta pureza que han de ser enfriadas a pocos Kelvin (4 K en este nuevo trabajo). Normalmente se suspenden estas capas en forma de puente entre dos electrodos por encima de un sustrato. La figura que abre esta entrada muestra el dispositivo utilizado en el nuevo artículo. Muchos de los detalles teóricos del fenómeno observado en los experimentos todavía no se entienden bien pero se espera que en los próximos años la comprensión de estos análogos de las rupturas espontáneas de la simetría ayude a entender las que se producen en física de altas energías.