En los últimos años, los investigadores han producido con éxito una serie de materiales cristalinos de uno o unos pocos átomos de espesor con una estructura casi perfecta. También es posible manipular estos cristales y seleccionar dónde colocarlos. Una pregunta que está atrayendo cada vez más la atención se refiere a cómo se mueven los electrones cuando dos cristales atómicamente delgados se colocan en contacto directo (es decir, uno encima del otro) para formar una interfaz. Aquí, mostramos que la interacción en la interfaz puede ser tan fuerte que afecta no solo la forma en que los electrones se mueven en el espacio, sino también su grado de libertad cuántico interno, conocido como espín.
En las interfaces formadas entre el grafeno y los materiales conocidos como dicalcogenuros de metales de transición, encontramos que los electrones experimentan una interacción extremadamente fuerte entre su movimiento orbital y el grado de libertad de espín. Tal fenómeno se llama interacción espín-órbita, y está en la base de muchos nuevos efectos físicos contraintuitivos que son objeto de investigación actual. Un ejemplo es la aparición de los llamados aisladores topológicos bidimensionales, sistemas que son conductores en sus bordes y aislantes en sus interiores. Se ha predicho que estos sistemas existen al estudiar teóricamente cómo las interacciones espín-órbita influyen en las propiedades del grafeno. Sin embargo, en el grafeno desnudo, la interacción espín-órbita es demasiado débil para observar el efecto experimentalmente. Recuperamos hallazgos inesperados cuando se forman interfaces con dicalcogenuros de metales de transición (por ejemplo, , y ), y encontramos que las interacciones espín-órbita son extremadamente fuertes e independientes del grosor de la multicapa de grafeno. Además, la presencia de grandes interacciones espín-órbita no daña las propiedades electrónicas del grafeno.
Esperamos que nuestros resultados allanarán el camino para futuros estudios de fenómenos de transporte dependientes del espín, como los estados de aislamiento topológico.
