Físicos de Australia, Russia y el Reino Unido han creado un cristal electrostático bidimensional artificial cuyas propiedades pueden cambiarse continuamente mediante voltaje eléctrico y un campo magnético. Un grupo internacional de investigadores lo formó dentro de una estructura semiconductora basada en arseniuro de galio y arseniuro de aluminio-galio, creando un relieve electrostático periódico en una fina capa electrónica.

En el mismo chip, los científicos pudieron reconfigurar el espectro electrónico de "tipo grafeno" a "tipo kagome", obteniendo diferentes tipos de bandas de energía sin reemplazar la muestra. El trabajo, con la participación de empleados del Institute of Semiconductor Physics SB RAS, ha sido publicado en Nature Physics.

La principal diferencia del sistema creado es la capacidad de controlar el cristal artificial directamente durante el experimento. Para ello, los investigadores utilizaron dos compuertas: una regula la concentración de electrones y la otra, la profundidad del potencial periódico.

Red eléctrica en lugar de atómica

En un cristal ordinario, los electrones se mueven a lo largo de una red formada por los átomos del material. Aquí, los científicos crearon una red similar artificialmente, utilizando un campo eléctrico. Para ello, colocaron una compuerta metálica con orificios dispuestos en un triángulo cada 100 nanómetros sobre una capa bidimensional de electrones. El voltaje eléctrico crea alrededor de ellos una especie de "pozos" y "colinas" para los electrones, y una segunda compuerta sólida permite cambiar la fuerza de este relieve. Al mismo tiempo, el semiconductor no tiene impurezas añadidas específicamente que pudieran crear interferencias aleatorias.

Gracias a esto, los investigadores obtuvieron un sistema limpio y controlable en el que se puede alternar entre un modo en el que el comportamiento de los electrones está determinado principalmente por la red artificial y un modo en el que las interacciones de los propios electrones comienzan a desempeñar un papel principal.

Las muestras fueron fabricadas e investigadas en la University of New South Wales, y las estructuras multicapa originales de GaAs/AlGaAs fueron proporcionadas por el Cavendish Laboratory de la University of Cambridge. Los empleados del A.V. Rzhanov Institute of Semiconductor Physics SB RAS, Olga y Vitaly Tkachenko, acompañaron el experimento con cálculos y optimizaron el diseño de la estructura semiconductora, además de investigar el transporte en un amplio rango de concentraciones de electrones y campos magnéticos.

Según Vitaly Tkachenko, el camino desde la idea inicial y los cálculos hasta un dispositivo funcional llevó muchos años.