Si apila dos capas de grafeno una encima de la otra y las gira en un ángulo de 1.1º ni más ni menos entre sí, el llamado ángulo mágico, los experimentos han demostrado que elel material puede comportarse como un aislante, donde no puede fluir corriente eléctrica, y al mismo tiempo también puede comportarse como un superconductor, donde las corrientes eléctricas pueden fluir sin resistencia.
Este importante hallazgo tuvo lugar en 2018. El año pasado, en 2019, mientras los investigadores de ICFO estaban mejorando la calidad del dispositivo utilizado para replicar tal avance, se toparon con algo aún más grande y totalmente inesperado. Pudieron observar un zoológico deestados superconductores y correlacionados previamente no observados, además de un conjunto completamente nuevo de estados magnéticos y topológicos, abriendo un reino completamente nuevo de física más rica.
Hasta ahora, no existe una teoría que haya podido explicar la superconductividad en el ángulo mágico de grafeno a nivel microscópico. Sin embargo, este hallazgo ha desencadenado muchos estudios, que están tratando de comprender y revelar la física detrás de todos estos fenómenos que ocurren enEn particular, los científicos hicieron analogías con los superconductores no convencionales de alta temperatura: los cupratos, que tienen las temperaturas superconductoras más altas, solo 2 veces más bajas que la temperatura ambiente. Su mecanismo microscópico de la fase superconductora aún no se comprende, 30 años despuésSin embargo, de manera similar al Magic Angle Twisted Bi-layer Graphene Bi-layer Graphene MATBG, se cree que una fase aislante es responsable de la fase superconductora cercana a ella. La comprensión de la relación entre las fases superconductora y aislante está en el centro deinterés del investigador, y podría conducir a un gran avance en la investigación de superconductividad.
En tal búsqueda, en un estudio publicado recientemente en Naturaleza , los investigadores del ICFO Petr Stepanov, Ipsita Das, Xiaobo Lu, Frank HL Koppens, dirigido por el profesor del ICFO Dmitri Efetov, en colaboración con un grupo interdisciplinario de científicos del MIT, el Instituto Nacional de Ciencia de Materiales en Japón y el Imperial College London,ha profundizado en el comportamiento físico de este sistema e informa sobre las pruebas detalladas y controladas por cribado de dispositivos Magic-Angle Twisted Bi-layer Graphene MATBG con varios ángulos de giro de ángulo casi mágico, para encontrar una posible explicación para elestados mencionados.
En su experimento, pudieron controlar simultáneamente la velocidad y las energías de interacción de los electrones, y así convertir las fases aislantes en superconductoras. Normalmente, en el ángulo mágico, se forma un estado aislante, ya que los electrones tienen velocidades muy pequeñas, y además se repelen fuertemente a través de la fuerza de Coulomb. En este estudio, Stepanov y su equipo utilizaron dispositivos con ángulos de giro ligeramente alejados del ángulo mágico de 1.1 ° por ± 0.05 °, y los colocaron muy cerca de las capas metálicas de cribado., separándolos por solo unos pocos nanómetros por capas aislantes de nitruro de boro hexagonal. Esto permitió reducir la fuerza repulsiva entre los electrones y acelerarlos, permitiéndoles moverse libremente, escapando del estado aislante.
Al hacerlo, Stepanov y sus colegas observaron algo bastante inesperado. Al cambiar el voltaje densidad portadora en las diferentes configuraciones del dispositivo, la fase de superconductividad permaneció mientras la fase de aislador correlacionado desapareció. De hecho, la fase de superconducción se extendió sobre regiones más grandes dedensidades incluso cuando la densidad del portador varió. Dichas observaciones sugieren que, en lugar de tener el mismo origen común, la fase de aislamiento y superconducción en realidad podría competir entre sí, lo que pone en duda la analogía simple con los cupratos, que se creía anteriormente.El científico pronto se dio cuenta de que la fase superconductora podría ser aún más interesante, ya que se encuentra muy cerca de los estados topológicos, que se activan mediante la interacción electrónica recurrente aplicando un campo magnético.
Superconductividad con grafeno de ángulo mágico
La superconductividad a temperatura ambiente es la clave para muchos objetivos tecnológicos, como la transmisión de energía eficiente, trenes sin fricción o incluso computadoras cuánticas, entre otros. Cuando se descubrió hace más de 100 años, la superconductividad solo era plausible en materiales enfriados a temperaturas cercanas a la temperatura absolutacero. Luego, a finales de los años 80, los científicos descubrieron superconductores de alta temperatura utilizando materiales cerámicos llamados cupratos. A pesar de la dificultad de construir superconductores y la necesidad de aplicar condiciones extremas campos magnéticos muy fuertes para estudiar el material, el campo tomófuera como una especie de santo grial entre los científicos basados en este avance. Desde el año pasado, la emoción en torno a este campo ha aumentado. Las dobles monocapas de carbono han cautivado a los investigadores porque, a diferencia de los cupratos, su simplicidad estructural se ha convertido en una excelenteplataforma para explorar la compleja física de la superconductividad.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por ICFO-El Instituto de Ciencias Fotónicas . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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