Los investigadores han encontrado una manera de activar la capacidad innata, pero previamente oculta, de grafeno para actuar como un superconductor, lo que significa que se puede hacer que lleve una corriente eléctrica con resistencia cero.
El hallazgo, reportado en Comunicaciones de la naturaleza , mejora aún más el potencial del grafeno, que ya es ampliamente visto como un material que podría revolucionar industrias como la salud y la electrónica. El grafeno es una lámina bidimensional de átomos de carbono y combina varias propiedades notables; por ejemplo, es muyfuerte, pero también ligero y flexible, y altamente conductivo.
Desde su descubrimiento en 2004, los científicos han especulado que el grafeno también puede tener la capacidad de ser un superconductor. Hasta ahora, la superconductividad en el grafeno solo se ha logrado al doparlo o al colocarlo sobre un material superconductor, unproceso que puede comprometer algunas de sus otras propiedades.
Pero en el nuevo estudio, los investigadores de la Universidad de Cambridge lograron activar el potencial latente para que el grafeno se superconduzca por sí mismo. Esto se logró mediante el acoplamiento con un material llamado óxido de cobre de cerio de praseodimio PCCO.
Los superconductores ya se utilizan en numerosas aplicaciones. Debido a que generan grandes campos magnéticos, son un componente esencial en los escáneres de resonancia magnética y los trenes de levitación. También podrían usarse para fabricar líneas eléctricas y dispositivos con eficiencia energética capaces de almacenar energía durante millones de años.
El grafeno superconductor abre aún más posibilidades. Los investigadores sugieren, por ejemplo, que el grafeno ahora podría usarse para crear nuevos tipos de dispositivos cuánticos superconductores para la computación de alta velocidad. Curiosamente, también podría usarse para probar la existencia de unmisteriosa forma de superconductividad conocida como superconductividad de "onda p", que los académicos han estado luchando por verificar durante más de 20 años.
La investigación fue dirigida por el Dr. Angelo Di Bernardo y el Dr. Jason Robinson, becarios del St John's College, Universidad de Cambridge, junto con los colaboradores, el Profesor Andrea Ferrari, del Cambridge Graphene Center; el Profesor Oded Millo, de la Universidad Hebrea de Jerusalén, yProfesor Jacob Linder, de la Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología en Trondheim.
"Durante mucho tiempo se ha postulado que, en las condiciones adecuadas, el grafeno debería experimentar una transición superconductora, pero no puede", dijo Robinson. "La idea de este experimento era, si unimos el grafeno a un superconductor, podemos cambiarlo".esa superconductividad intrínseca? La pregunta entonces es cómo sabes que la superconductividad que estás viendo proviene del grafeno y no del superconductor subyacente ".
Se han adoptado enfoques similares en estudios anteriores utilizando superconductores basados en metales, pero con un éxito limitado. "Colocar grafeno en un metal puede alterar drásticamente las propiedades, por lo que técnicamente ya no se comporta como cabría esperar", dijo Di Bernardo ".Lo que ves no es la superconductividad intrínseca del grafeno, sino simplemente la del superconductor subyacente que se transmite ".
PCCO es un óxido de una clase más amplia de materiales superconductores llamados "cupratos". También tiene propiedades electrónicas bien entendidas, y utilizando una técnica llamada microscopía de exploración y tunelado, los investigadores pudieron distinguir la superconductividad en PCCO de la superconductividadobservado en grafeno.
La superconductividad se caracteriza por la forma en que los electrones interactúan: dentro de un superconductor, los electrones forman pares, y la alineación de espín entre los electrones de un par puede ser diferente dependiendo del tipo - o "simetría" - de superconductividad involucrada. En PCCO, por ejemplo, el estado de giro de los pares está desalineado antiparalelo, en lo que se conoce como un "estado de onda d".
Por el contrario, cuando el grafeno se unió al PCCO superconductor en el experimento dirigido por Cambridge, los resultados sugirieron que los pares de electrones dentro del grafeno estaban en un estado de onda p ". Lo que vimos en el grafeno fue, en otras palabras, unRobinson dijo que este era un paso muy importante porque significaba que sabíamos que la superconductividad no venía de afuera y que, por lo tanto, solo se requería que PCCO desatara la superconductividad intrínseca del grafeno."
No queda claro qué tipo de superconductividad activó el equipo, pero sus resultados indican fuertemente que se trata de la evasiva forma de "onda p". De ser así, el estudio podría transformar el debate en curso sobre si existe este misterioso tipo de superconductividad, y- Si es así, qué es exactamente.
En 1994, los investigadores en Japón fabricaron un superconductor triplete que puede tener una simetría de onda p utilizando un material llamado rutenato de estroncio SRO. La simetría de onda p de SRO nunca se ha verificado completamente, en parte obstaculizada por el hecho de que SROes un cristal voluminoso, lo que dificulta fabricarlo en el tipo de dispositivos necesarios para probar predicciones teóricas.
"Si la superconductividad de la onda p realmente se está creando en grafeno, el grafeno podría usarse como un andamio para la creación y exploración de un espectro completamente nuevo de dispositivos superconductores para áreas de investigación fundamentales y aplicadas", dijo Robinson. "Tales experimentos seríannecesariamente conduce a una nueva ciencia a través de una mejor comprensión de la superconductividad de la onda p y cómo se comporta en diferentes dispositivos y configuraciones ".
El estudio también tiene implicaciones adicionales. Por ejemplo, sugiere que el grafeno podría usarse para hacer un dispositivo similar a un transistor en un circuito superconductor, y que su superconductividad podría incorporarse a la electrónica molecular ". En principio, dada la variedad deMoléculas químicas que pueden unirse a la superficie del grafeno, esta investigación puede resultar en el desarrollo de dispositivos de electrónica molecular con funcionalidades novedosas basadas en el grafeno superconductor ", agregó Di Bernardo.
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Materiales proporcionado por St John's College, Universidad de Cambridge . La historia original tiene licencia bajo a Licencia Creative Commons . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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