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Graphite and diamond are made of the same carbon atoms, yet one is soft and dark and the other is hard and clear. The difference comes from how the atoms are arranged, and changing that arrangement in a material usually means breaking strong chemical bonds and rebuilding them, a slow, energy-hungry process that calls for high pressure and high temperature.
El grafito y el diamante están formados por los mismos átomos de carbono, pero uno es blando y oscuro, y el otro, duro y transparente. La diferencia procede de cómo están dispuestos los átomos, y cambiar esa disposición en un material suele significar romper enlaces químicos fuertes y reconstruirlos, un proceso lento y muy costoso en energía que exige alta presión y altas temperaturas.
At Cornell, the lab of Kenji Yasuda, assistant professor in the School of Applied and Engineering Physics, tried a different route. The team, led on the experiments by doctoral student Daniel Brandon, worked on a stack of four layers of graphene, a material one atom thick made of carbon atoms in a hexagonal pattern. Their study was published on October 14 in Nature Nanotechnology.
En Cornell, el laboratorio de Kenji Yasuda, profesor adjunto de la Escuela de Física Aplicada e Ingeniería, probó una vía distinta. El equipo, dirigido en los experimentos por el doctorando Daniel Brandon, trabajó con una pila de cuatro capas de grafeno, un material de un solo átomo de grosor formado por átomos de carbono dispuestos en un patrón hexagonal. Su estudio se publicó el 14 de octubre en Nature Nanotechnology.
The trick lies in the bonds between the layers. These are van der Waals bonds, much weaker than the bonds inside each layer. Applying a voltage made the layers slide over one another, a movement the researchers call sliding. The stack moved from the most common and most stable arrangement, known as Bernal, which is nonmagnetic, to a rarer and less stable one, called rhombohedral, a state associated with magnetism, superconductivity and other exotic quantum phenomena. Yasuda describes the aim as finding a way to change a material's structure that is more efficient and still useful for technology.
La clave está en los enlaces entre las capas. Se trata de enlaces de van der Waals, mucho más débiles que los enlaces dentro de cada capa. Al aplicar un voltaje, las capas se deslizaron unas sobre otras, un movimiento que los investigadores denominan deslizamiento. La pila pasó de la disposición más común y estable, conocida como Bernal, que no es magnética, a otra más rara y menos estable, llamada romboédrica, un estado asociado al magnetismo, la superconductividad y otros fenómenos cuánticos exóticos. Yasuda describe el objetivo como encontrar una forma de cambiar la estructura de un material que sea más eficiente y siga siendo útil para la tecnología.
The researchers highlight one feature: the change is nonvolatile. Once the material is in the new state, it stays there, which is why Brandon describes the sliding as a form of memory. The team says the change can be reversed with voltage and that the material goes back and forth between the two states fairly consistently. The study does not report how many cycles the switching survives, nor how it would behave outside the laboratory.
Los investigadores destacan una característica: el cambio es no volátil. Una vez que el material está en el nuevo estado, permanece en él, y por eso Brandon describe el deslizamiento como una forma de memoria. El equipo afirma que el cambio puede revertirse con voltaje y que el material pasa de un estado a otro de forma bastante consistente. El estudio no informa del número de ciclos que resiste el cambio de estado ni de cómo se comportaría fuera del laboratorio.
For materials researchers, the result offers a lever that works electrically rather than through extreme pressure or heat, and Yasuda says it could extend beyond magnetism to superconductivity and other quantum states. Applications such as nonvolatile memory remain a prospect that the authors name, not a product. The study gives no timeline and no device, and the demonstration stays, for now, a four-layer graphene stack in a laboratory.
Para los investigadores de materiales, el resultado ofrece una palanca que funciona por medios eléctricos y no mediante presiones o calor extremos, y Yasuda sostiene que podría extenderse más allá del magnetismo, a la superconductividad y otros estados cuánticos. Aplicaciones como la memoria no volátil siguen siendo una posibilidad que los autores mencionan, no un producto. El estudio no ofrece calendario ni dispositivo, y la demostración se mantiene, por ahora, en una pila de cuatro capas de grafeno en un laboratorio.