Los átomos de carbono tienen diversas posibilidades para formar enlaces. Por lo tanto, el carbono puro puede presentarse en muchas formas, como diamante, grafito, nanotubos, moléculas de fútbol o como una red de panal con mallas hexagonales, grafeno. Este material exótico, estrictamente bidimensionalconduce la electricidad de manera excelente, pero no es un superconductor. Pero quizás esto pueda cambiarse.
Una opción complicada para la superconductividad
En abril de 2018, un grupo del MIT, EE. UU., Mostró que es posible generar una forma de superconductividad en un sistema de dos capas de grafeno en condiciones muy específicas: para hacer esto, las dos redes hexagonales deben estar retorcidas contra cada unaotro exactamente por el ángulo mágico de 1.1 °. Bajo esta condición se forma una banda plana en la estructura electrónica. La preparación de muestras de dos capas de grafeno con un giro tan ajustado es complejo y no es adecuado para la producción en masa.el estudio ha atraído mucha atención entre los expertos.
La forma simple de bandas planas
Pero hay una forma más, mucho más simple de formación de banda plana. Esto fue demostrado por un grupo en el HZB alrededor del Prof. Oliver Rader y el Dr. Andrei Varykhalov con investigaciones en BESSY II.
Las muestras fueron proporcionadas por el profesor Thomas Seyller, TU Chemnitz. Allí se producen mediante un proceso que también es adecuado para la producción de áreas más grandes y en grandes cantidades: un cristal de carburo de silicio se calienta hasta que los átomos de silicio se evaporan de la superficie, dejando primero una sola capa de grafeno en la superficie y luego una segunda capa de grafeno. Las dos capas de grafeno no están torcidas una contra la otra, sino que se encuentran exactamente una encima de la otra.
Escaneando la estructura de la banda con ARPES
En BESSY II, los físicos pueden escanear la denominada estructura de banda de la muestra. Esta estructura de banda proporciona información sobre cómo se distribuyen los portadores de carga entre los estados permitidos mecánicamente cuánticamente y qué portadores de carga están disponibles para el transporte enLa espectroscopía de fotoemisión con resolución angular ARPES en BESSY II permite tales mediciones con una resolución extremadamente alta.
Una región interesante bajo escrutinio
A través de un análisis exacto de la estructura de la banda, identificaron un área que anteriormente se había pasado por alto. "La doble capa de grafeno se ha estudiado antes porque es un semiconductor con una brecha de banda", explica Varykhalov. "Pero en ARPESinstrumento en BESSY II, la resolución es lo suficientemente alta como para reconocer el área plana junto a este intervalo de banda ".
"Es una propiedad supervisada de un sistema bien estudiado", señala el primer autor, el Dr. Dmitry Marchenko: "Anteriormente se desconocía que existe un área plana en la estructura de la banda en un sistema tan simple y conocido".
¿Superconductividad? Todavía necesita un poco de ayuda
Esta área plana es un prerrequisito para la superconductividad, pero solo si está situada exactamente en la denominada energía de Fermi. En el caso del grafeno de dos capas, su nivel de energía es de solo 200 milivoltios por debajo de la energía de Fermi,pero es posible elevar el nivel de energía del área plana a la energía de Fermi ya sea por dopaje con átomos extraños o aplicando un voltaje externo, el llamado voltaje de puerta.
Los físicos han descubierto que las interacciones entre las dos capas de grafeno y entre el grafeno y la red de carburo de silicio son conjuntamente responsables de la formación del área de banda plana ". Podemos predecir este comportamiento con muy pocos parámetros y podríamos utilizar este mecanismo paracontrolar la estructura de la banda ", agrega Oliver Rader.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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