El grafeno muestra cuasipartículas que se propagan como fermiones de Dirac sin masa. Por primera vez se ha observado el transporte balístico de estas cuasipartículas (en una distancia de 1,5 µm a una temperatura de 50 mK). Se ha logrado gracias a un dispositivo híbrido grafeno-superconductor.
Más aún, el dispositivo se comporta como una unión (superconductora) de Josephson. Esta unión sd comporta como una cavidad de Fabry-Pérot en la que las cuasipartículas quedan confinadas en modo resonante. Si se logra desarrollar algún sistema de amplificación de las cuasipartículas se podrá diseñar el equivalente a un láser de fermiones de Dirac sin masa. Sin lugar a dudas el nuevo dispositivo tiene un futuro muy prometedor.
El artículo es V. E. Calado et al., «Ballistic Josephson junctions in edge-contacted graphene,» Nature Nanotechnology, AOP 27 Jul 2015, doi: 10.1038/nnano.2015.156, arXiv:1501.06817 [cond-mat.mes-hall].
El nuevo dispositivo se basa en empaquetar una hoja de grafeno (rectangular de 1,5 µm de largo y 2,0 µm de ancho) entre dos cristales de nitruro de boro hexagonal (hBN) a modo de jamón ibérico entre rebanadas de pan en un sándwich. Se coloca el sándwich sobre un sustrato de óxido y su usan contactos eléctricos de molibdeno-renio (MoRe). El MoRe es un superconductor tipo II con una temperatura crítica Tc ≈ 8 K con un campo magnético crítico de Hc ≈ 8 T (a 4,2 K), que permite la observación del efecto Hall cuántico. Gracias a este efecto se ha logrado observar el comportamiento balístico de las cuasipartículas de tipo fermión de Dirac sin masa en una distancia tan grande como 1,5 µm.
Esta figura ilustra las oscilaciones observadas en la unión de Josephson a 550 mK (figura izquierda) y a 60 mK (figura derecha). Estas oscilaciones son debidas a la interferencia entre las cuasipartículas que se encuentran confinandas en la unión de Josephson, que se comporta como una cavidad de Fabry-Pérot. Un resultado sorprendente, más aún cuando la cavidad tiene un diámetro de 1,5 micrómetros.
Desde el punto de vista de ciencia básica el nuevo es muy interesante. Nos permite estudiar con nuevos ojos el efecto Josephson y el efecto Hall cuántico en una distancia enorme (micrómetros). También permite estudiar la difracción de los fermiones de Dirac sin masa (patrones de Fraunhofer anómalos). Y desde el punto de vista de ciencia aplicada permite desarrollar nuevas uniones de Josephson para el desarrollo de magnetómetros y dispositivos SQUID.