Un voltaje desplazó capas de grafeno y activó o apagó su magnetismo

En un material formado por apenas cuatro capas de carbono, un pequeño desplazamiento entre láminas puede cambiar de forma radical la respuesta magnética. Un equipo de investigación mostró que un voltaje aplicado a una muestra de grafeno permitió alternar entre un estado sin magnetismo neto y otro ferromagnético, en el que el material genera una respuesta magnética propia.

El resultado no depende de añadir nuevos átomos ni de calentar o enfriar la muestra para cada cambio. El voltaje reorganiza cómo quedan apiladas las capas: una disposición domina cuando las láminas siguen el patrón llamado Bernal y otra aparece cuando parte de la muestra adopta un apilamiento romboédrico. Aunque el corrimiento entre capas es diminuto, cambia el entorno que encuentran los electrones y, con ello, las fases colectivas que el material puede sostener.

Para observarlo, los investigadores fabricaron dos pares de capas de grafeno ligeramente girados uno respecto del otro y midieron el transporte eléctrico mientras variaban los voltajes de compuerta. Detectaron dos configuraciones estables y señales eléctricas compatibles con la aparición o desaparición de una fase ferromagnética. Entre ellas se cuenta un efecto Hall anómalo, una respuesta transversal de la corriente que puede revelar propiedades magnéticas internas incluso sin aplicar un campo magnético externo intenso.

Una característica importante es que el cambio fue no volátil: después de modificar el apilamiento, el estado no requiere mantener el voltaje que lo produjo. Eso no equivale todavía a una memoria magnética utilizable. Las mediciones se hicieron a bajas temperaturas y en dispositivos elaborados con gran precisión, y los autores señalan que las fronteras entre regiones con distinto apilamiento podrían contribuir de manera decisiva a la señal observada.

La relevancia inmediata del trabajo es fundamental. El grafeno suele imaginarse como una única lámina de carbono, pero estos experimentos muestran que el orden relativo de varias láminas puede funcionar como una perilla para explorar estados electrónicos muy diferentes. Poder desplazar esa estructura con electricidad ofrece una manera controlada de estudiar cómo surgen el magnetismo y otras fases colectivas en materiales bidimensionales, antes de pensar en aplicaciones tecnológicas.