Físicos del Instituto Indio de Ciencias (IISc) han observado que los electrones se mueven a través del grafeno como un líquido con casi ninguna fricción, un descubrimiento que contradice una ley fundamental de la física, según informa ScienceDaily.
En colaboración con investigadores del Instituto Nacional de Ciencia de Materiales de Japón, el equipo logró identificar este esquivo estado cuántico en una sola capa de átomos de carbono. Los hallazgos, publicados en la revista Nature Physics, revelan un comportamiento que había sido difícil de detectar anteriormente debido a los defectos atómicos y las impurezas presentes en los materiales reales.
Mediante la creación de muestras de grafeno excepcionalmente puras, los investigadores midieron la conductividad eléctrica y térmica del material. Descubrieron que, a medida que la conductividad eléctrica aumentaba, la conductividad térmica disminuía, lo que supone una contradicción directa de la ley de Wiedemann-Franz.
Esta ley establece que la conducción de calor y electricidad en los metales debe ser proporcional. Sin embargo, los investigadores observaron desviaciones de este principio de más de 200 veces cuando se trabaja a temperaturas bajas.
Un fluido cuántico
En un estado específico conocido como 'punto de Dirac', los electrones dejan de actuar como partículas individuales y comienzan a moverse de forma colectiva. Esto crea lo que los científicos denominan un 'fluido de Dirac', el cual imita el comportamiento del plasma de quarks y gluones que se encuentra en los aceleradores de partículas.
'Es asombroso que todavía quede tanto por descubrir en una sola capa de grafeno, incluso después de 20 años de su hallazgo', afirmó Arindam Ghosh, profesor del Departamento de Física del IISc y autor correspondiente del estudio.
Aniket Majumdar, estudiante de doctorado y primer autor del estudio, señaló que la viscosidad de este fluido es extremadamente baja. Esto convierte a este estado en una de las realizaciones más cercanas a un fluido perfecto jamás observadas en un laboratorio.
A pesar de la ruptura de las leyes convencionales, la conducción sigue una constante universal vinculada al cuanto de conductancia. Esto sugiere que el comportamiento no es aleatorio, sino que está regido por escalas cuánticas fundamentales.
Este descubrimiento posiciona al grafeno como una plataforma ideal para estudiar la física extrema, incluyendo la termodinámica de los agujeros negros y la astrofísica de alta energía. Asimismo, la presencia de este fluido de Dirac podría propiciar el desarrollo de sensores cuánticos de alta sensibilidad, capaces de detectar campos magnéticos tenues y señales eléctricas muy débiles.
