Descubren fórmula para que el grafeno, conductor eléctrico, sea más eficaz

Los materiales semiconductores de electricidad como el grafeno, suelen presentar un desfase de energía; aunque funcionan como conductores de energía, también son captadores, es decir, la retienen; el aporte en la investigación de Juan Sebastián Cruz Hoyos, magíster en Ciencias – Física de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede Manizales. Para inhibir o disminuir esta problemática, a los átomos del material se le deben suministrar una carga eléctrica constante.

“Aharonov Bohm es un efecto magnético que genera una desviación en la dirección de los electrones que viajan de un punto a otro a través del material, llevando una carga eléctrica, en forma de onda, el cual sufre una interferencia debido a la potencia magnética diferente a 0 (cero), conocido como vectores diferenciales”, explica Juan Sebastián Cruz Hoyos, magíster en Ciencias – Física de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede Manizales.

Por eso, a través de una serie de ecuaciones matemáticas, el investigador pretende describir la variación eléctrica del grafeno por los niveles de energía producidos por fenómenos cuánticos, para traducir y aportar fundamentación teórica a la ciencia.

Para ello, en primera instancia utilizó el método fórmula (FM), el cual transforma la ecuación de Schrödinger –usada para describir el comportamiento de las partículas– en una forma más sencilla y simple, de hallar los niveles de energía y la función de onda del modelo cuántico.

Así, identificó que con el método FM se puede describir el rebote de la partícula como si estuviera dentro de una caja inmóvil que no pierde energía al chocar contra las paredes, pero el campo magnético sí crea un desfase de energía, generando una interferencia.

Después, al verificar la fiabilidad del FM realizó un análisis de la ecuación hamiltoniana de Dirac–Weyl, la cual genera una aproximación a la “electrodinámica cuántica”, que describe la interacción de partículas cargadas mediante interacciones eléctricas, generando un comportamiento en la materia, en este caso del grafeno.

“Se observó que existe un acople, denominado “acoplamiento espín-órbita”, el cual determina el factor potencial externo igual a 0 (Cero), y de allí se pueden deducir los niveles energéticos del sistema, es decir cómo varían, ya que estos se separan”, menciona el investigador.

Posteriormente analizó que ocurriría si no se incluye el flujo Aharonov Bohm en la fórmula, es decir igualarlo también a 0 (cero), y encontró que sí existe una variación en los niveles energéticos, con una tendencia a la disminución de carga magnética, es decir que el material no sería capaz de producir energía.

Como segundo aspecto analizó qué ocurriría si al sistema del grafeno se le suministrara una diferencia de potencial constante, pero dejando el fenómeno cuántico presente, lo cual se da a través de una fuente externa por voltios.

En este caso la fuente de potencia se suministra de forma constante en a unos 2V, identificando que a pesar de que es una carga muy pequeña, si se compara con la de los hogares, que es de 120V, esta, igualmente es capaz de inhibir o anular el fenómeno cuántico del material.

De esta forma, si no existe una carga, la energía potencial eléctrica es nula, pero al encontrar los niveles energéticos, si se hace una variación de ese potencial eléctrico externo suministrado al sistema, de orden de microvoltios el sistema se regula.

“Se puede evidenciar que los niveles energéticos crecen rápidamente con cargas mínimas de energía, es decir que al aplicar esa cantidad de voltaje se puede generar una desaparición de la cuantización de la energía o la perturbación que existía en el grafeno, teniendo así un sistema altamente sensible a los potenciales externos pero razonable o estable a la carga”, concluye el investigador.