El año pasado, los físicos informaron que, cuando se enfrían a 1.7 °C por encima del cero absoluto (–273 ° C), las hojas de átomos de carbono de dos capas de espesor pueden conducir electricidad sin resistencia, lo que permite que los electrones atraviesen el material sin perder energía. Las hojas dobles de carbones, conocidas como grafeno de dos capas, han cautivado a los investigadores porque su simplicidad estructural ofrecía una plataforma para explorar la compleja física de la superconductividad, que también se exhibe en materiales de óxido de cobre a temperaturas mucho más altas. Ahora, los investigadores han descubierto signos de superconductividad en láminas de grafeno de tres capas fáciles de fabricar, renovando la esperanza de que el grafeno en capas pronto ayudará a los investigadores a comprender cómo se produce la superconductividad en los óxidos de cobre.

Definitivamente es un desarrollo emocionante“, dice Cory Dean, físico de la Universidad de Columbia. Dean señala que el grafeno bicapa superconduce solo cuando las redes atómicas de las dos capas de grafeno están torcidas entre sí por un ángulo “mágico” de 1.1 °, una maniobra difícil de realizar en el material más delgado que se conoce. “Si te vas un poco, no funciona”, dice Dean. El grafeno de tres capas, por el contrario, no tiene que ser torcido. Más bien, la red atómica de cada capa se alinea con las de arriba y abajo, lo que ocurre naturalmente cuando se produce el grafeno multicapa.

David Goldhaber-Gordon, físico de la Universidad de Stanford en Palo Alto, California, y Feng Wang, físico de la Universidad de California, Berkeley, y sus colegas siguieron un enfoque estándar para aislar escamas de grafeno. Comienza pegando un trozo de cinta adhesiva sobre un trozo de grafito (el “plomo” en la mayoría de los lápices) y despegándolo. Repetir el proceso deja escamas de grafeno adheridas a la cinta, algunas solo de una hoja gruesa, pero otras con dos y tres capas. El equipo de Wang fue pionero en una técnica para detectar firmas ópticas únicas en el grafeno de tres capas.

Luego, el equipo usó estos copos de tres capas como material de partida para hacer dispositivos eléctricos. Insertaron copos de trilayer entre capas de nitruro de boro, que aíslan el grafeno de los contaminantes y evitan que se comben. En algunos lugares, los átomos en las capas de nitruro de boro se alinean precisamente con los átomos de carbono en las capas de grafeno, pero a unos pocos nanómetros de distancia están compensados. Después de aproximadamente 10 nanómetros, los átomos en las capas se alinean una vez más, creando un patrón de repetición “moiré” que también es evidente en el grafeno de dos capas retorcidas. Cada celda de muaré repetida puede contener hasta cuatro electrones adicionales, además de los del material, lo que altera la conductividad del material.

Luego, los investigadores modelaron los metales en la parte superior de los copos, construyendo transistores con “puertas” que controlan la adición de electrones al material. Al manipular el campo eléctrico en sus puertas, los investigadores pudieron controlar exactamente cuántos electrones estaban presentes en cada celda de muaré repetida. Cuando agregaron tres electrones a cada celda y bajaron la temperatura por debajo de 2 kelvins, notaron una fuerte caída en la resistencia eléctrica, un signo de superconductividad , que informan hoy en Nature.. También notaron que cuando aplicaban un campo magnético externo a su muestra, la resistencia eléctrica cercana a cero desaparecía, otro signo de superconductividad. “Todas estas cosas marcan las casillas [de superconductividad]“, dice Goldhaber-Gordon. Pero agrega que las señales aún no son definitivas. Por un lado, la resistencia eléctrica no cae completamente a cero, lo que se requiere para un superconductor. Sin embargo, señala, esto podría deberse a impurezas en los copos de grafeno. “Puede que no sea superconductor en todas partes dentro del dispositivo“, dice.

Aún así, Goldhaber-Gordon señala que la superconductividad aparente de los tres electrones adicionales es similar a lo que se ve en los superconductores convencionales de alta temperatura, los materiales a base de cobre que se descubrieron en 1986. Para Dean, eso aumenta la esperanza de que el grafeno de tres capas Un buen sistema modelo para resolver ese misterio de larga data. El grafeno de tres capas, dice, “es un sistema tan limpio que proporciona una forma sencilla de explorar la física compleja“.

Via: https://www.sciencemag.org/news/2019/07/trilayer-graphene-shows-signs-superconductivity