Vea También
 |
| Ilustración que muestra los pares de Cooper superconductores en la familia del grafeno multicapa de ángulo mágico. Las capas adyacentes se retuercen de forma alterna. Crédito: Ella Maru Studio |
En 2018, los científicos del MIT descubrieron que la estructura de bicapa retorcida podía exhibir una superconductividad robusta al apilar dos capas de grafeno en un ángulo "mágico" particular. También se encontró un estado superconductor similar en el grafeno tricapa retorcido.
El mismo grupo ha descubierto que apilando cuatro y cinco capas de grafeno en un ángulo "mágico" concreto, las retorcidas y apiladas presentan una superconductividad robusta a bajas temperaturas. Este descubrimiento demuestra que varias configuraciones de grafeno constituyen la primera "familia" conocida de superconductores multicapa de ángulo mágico. El equipo también identificó las similitudes y diferencias entre los miembros de la familia del grafeno.
La autora principal, Jeong Min (Jane) Park, estudiante de posgrado del Departamento de Física del MIT, declaró: "El sistema de grafeno de ángulo mágico es ahora una 'familia' legítima, más allá de un par de sistemas. Esta familia es significativa porque proporciona una forma de diseñar superconductores robustos".
Los investigadores descubrieron la superconductividad y la estructura de banda plana del grafeno bicapa retorcido, pero no estaba claro si la primera era el resultado de la segunda.
La autora principal, Jeong Min (Jane) Park, estudiante de posgrado del Departamento de Física del MIT, dijo: "No había pruebas de que una estructura de banda plana condujera a la superconductividad". Desde entonces, otros grupos han producido otras estructuras retorcidas a partir de otros materiales con alguna banda plana, pero no tenían una superconductividad robusta. Así que nos preguntamos: ¿Podríamos producir otro dispositivo superconductor de banda plana?".
Un grupo de la Universidad de Harvard se planteó las preguntas y derivó los cálculos matemáticamente. Descubrieron que tres capas de grafeno pueden ser superconductoras cuando se retuercen a 1,6 grados. También demostraron que no debería haber límite en el número de capas de grafeno que presentan superconductividad si se apilan y se retuercen de la forma adecuada en los ángulos previstos. Por último, demostraron que podían relacionar matemáticamente cada estructura multicapa con una estructura de banda plana común, demostrando que una banda plana puede conducir a una superconductividad robusta.
Park dijo: "Descubrieron que puede haber toda esta jerarquía de estructuras de grafeno, hasta infinitas capas, que podrían corresponder a una expresión matemática similar para una estructura de banda plana".
En este nuevo estudio, el equipo trató de nivelar el número de capas de grafeno. Crearon dos estructuras novedosas utilizando cuatro y cinco capas de grafeno, respectivamente. Al igual que el sándwich de queso retorcido de grafeno tricapa, cada estructura se apila de forma alterna.
El equipo mantuvo las estructuras en un refrigerador por debajo de 1 kelvin (unos -273 grados Celsius), una corriente eléctrica a través de cada estructura, y midió el resultado en diversas condiciones, de forma similar a las pruebas de sus sistemas de bicapa y tricapa.
Descubrieron que el grafeno retorcido con cuatro y cinco capas también presentaba una superconductividad robusta y una banda plana. Las respuestas de las estructuras a un campo magnético con fuerza, ángulo y orientación variados también coincidían con las de su equivalente de tres capas.
Estos experimentos demostraron que las estructuras de grafeno retorcido podrían considerarse una nueva familia o clase de materiales superconductores comunes. Los experimentos también sugerían la existencia de una oveja negra en la familia: La estructura bicapa retorcida original, aunque comparte propiedades clave, también mostraba sutiles diferencias con sus hermanos. Por ejemplo, los experimentos anteriores del grupo mostraron que la superconductividad de la estructura se rompía bajo campos magnéticos bajos y era más desigual a medida que el área giraba en comparación con sus hermanos multicapa.
Cuando el equipo realizó simulaciones de cada tipo de estructura, llegó a la conclusión de que la superconductividad del grafeno bicapa retorcido desaparece en determinadas condiciones magnéticas porque todas sus capas físicas existen en una forma "no espejada" dentro de la estructura.
A diferencia de sus hermanos multicapa, que tienen cierto grado de simetría especular, el grafeno no contiene ninguna capa que sea un espejo opuesto a otra. Estos resultados implican que la familia del grafeno retorcido comparte un mecanismo común que hace que los electrones fluyan en un sólido estado superconductor.
Park señaló: "Esto es muy importante. Sin saberlo, la gente podría pensar que el grafeno bicapa es más convencional que las estructuras multicapa. Pero nosotros demostramos que toda esta familia puede ser superconductora robusta no convencional".
Fuentes, créditos y referencias:
Fuente: MIT
Más temas acerca de:
Física