Un equipo de investigadores dirigido por la Universidad de Columbia ha desarrollado un nuevo método para ajustar con precisión las capas adyacentes de grafeno, en una investigación que proporciona nuevos conocimientos sobre la física subyacente a las características intrigantes del material.

Nuestro trabajo demuestra nuevas formas de inducir la superconductividad en el grafeno de dos capas retorcidas, en particular, que se logra al aplicar presión”, dijo Cory Dean, profesor asistente de física en Columbia y el investigador principal del estudio. “También proporciona una primera confirmación crítica de los resultados del MIT del año pasado , de que el grafeno bicapa puede exhibir propiedades electrónicas cuando se lo tuerce en un ángulo, y aumenta nuestra comprensión del sistema, que es extremadamente importante para este nuevo campo de investigación“.

En marzo de 2018, investigadores del Instituto de Tecnología de Massachusetts informaron sobre un descubrimiento innovador de que dos capas de grafeno pueden conducir electricidad sin resistencia cuando el ángulo de giro entre ellas es de 1.1 grados, denominado “ángulo mágico “.

Sin embargo, ha sido difícil alcanzar ese ángulo mágico. “Las capas deben retorcerse dentro de aproximadamente una décima de grado alrededor de 1.1, lo que es un desafío experimental”, dijo Dean. “Encontramos que errores muy pequeños en la alineación podrían dar resultados completamente diferentes”.

Así que Dean y sus colegas, que incluían a científicos del Instituto Nacional para la Ciencia de los Materiales y la Universidad de California en Santa Bárbara, se dispusieron a probar si las condiciones de ángulo mágico podrían lograrse en rotaciones más grandes.

“En lugar de tratar de controlar con precisión el ángulo, preguntamos si podríamos variar el espaciado entre las capas”, dijo Matthew Yankowitz, científico investigador postdoctoral en el departamento de física de Columbia y primer autor del estudio. “De esta manera, cualquier ángulo de giro podría, en principio, convertirse en un ángulo mágico”.

Estudiaron una muestra con un ángulo de giro de 1,3 grados, solo un poco más grande que el ángulo mágico pero lo suficientemente lejos como para impedir la superconductividad.

La aplicación de presión transformó el material de un metal en un aislante o un superconductor, dependiendo del número de electrones en el material.

“Sorprendentemente, al aplicar una presión de más de 10,000 atmósferas, observamos el surgimiento de las fases de aislamiento y superconductores”, dijo Dean. Además, la superconductividad se desarrolla a la temperatura más alta observada hasta ahora en el grafeno, poco más de 3 grados por encima del cero absoluto “.

Para alcanzar las altas presiones necesarias para inducir la superconductividad, el equipo trabajó en estrecha colaboración con las instalaciones para usuarios del National High Magnetic Field, conocido como Maglab, en Tallahassee, Florida.

“Este esfuerzo fue un gran desafío técnico”, dijo Dean. “Después de fabricar uno de los dispositivos más exclusivos con los que hemos trabajado, tuvimos que combinar temperaturas criogénicas, campos magnéticos elevados y presión alta, todo mientras medíamos la respuesta eléctrica. Poner todo esto en conjunto fue una tarea desalentadora y nuestra capacidad para hacer su trabajo es realmente un tributo a la fantástica experiencia en el Maglab “.

Los investigadores creen que podría ser posible mejorar la temperatura crítica de la superconductividad aún a presiones aún más altas. El objetivo final es desarrollar un día un superconductor que pueda funcionar en condiciones de temperatura ambiente, y aunque esto puede resultar un desafío en el grafeno, podría servir como una hoja de ruta para lograr este objetivo en otros materiales.

Andrea Young, profesora asistente de física en UC Santa Barbara, colaboradora en el estudio, dijo que el trabajo demuestra claramente que apretar las capas tiene el mismo efecto que torcerlas y ofrece un paradigma alternativo para manipular las propiedades electrónicas en el grafeno.

“Nuestros hallazgos relajan significativamente las restricciones que hacen que sea difícil estudiar el sistema y nos brinda nuevos mandos para controlarlo”, dijo Young.

Dean y Young ahora están retorciendo y apretando una variedad de materiales delgados con la esperanza de encontrar superconductividad emergente en otros sistemas bidimensionales.

Via: https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-01/cu-ugs012319.php