Los físicos de Leiden y colegas internacionales de Ginebra y Barcelona han confirmado el mecanismo que hace que el grafeno de ángulo mágico sea superconductor. Este es un paso clave para dilucidar la superconductividad de alta temperatura, un misterio de décadas que es fundamental para la física, lo que puede conducir a avances tecnológicos.

Los materiales de ángulos mágicos forman un sorprendente descubrimiento reciente de la física. "Tomas una hoja de grafeno, "dice el sentido Jan van der Molen, refiriéndose al material bidimensional hecho de átomos de carbono en un patrón hexagonal, "a continuación, coloca otra capa encima y gira la última en 1 grado. De esta manera, de repente obtienes un superconductor ".

A una temperatura de 1,7 Kelvin, El grafeno bicapa retorcido (tbg) conduce la electricidad sin resistencia. Ahora, Van der Molen, su colega de Leiden, Milan Allan, y sus colegas internacionales finalmente han confirmado el mecanismo detrás de estos fascinantes nuevos superconductores.

En el diario Física de la naturaleza , muestran que la ligera torsión en el grafeno hace que los electrones se desaceleren lo suficiente como para detectarse entre sí. Esto les permite formar los pares de electrones necesarios para la superconductividad.

Patrones de muaré

¿Cómo puede un giro tan pequeño marcar una diferencia tan grande? Esto está relacionado con los patrones de muaré, un fenómeno visto en el mundo cotidiano. Por ejemplo, cuando dos alambradas para gallinero están frente a otra, uno observa puntos oscuros y brillantes adicionales, causado por la superposición variable entre los patrones. Tales patrones de muaré (del francés moiré, doblar) generalmente aparecen donde las estructuras periódicas se superponen imperfectamente.

El grafeno bicapa retorcido es precisamente una de estas situaciones:la interacción entre las dos celosías de carbono hexagonales, ligeramente retorcido, hace que emerja un patrón muaré hexagonal mucho más grande. Al crear esta nueva periodicidad, la interacción entre los electrones cambia, produciendo estos electrones "lentos". En numerosos artículos, se han medido signos claros de la superconductividad, pero el paso intermedio de los electrones lentos ha sido mucho más difícil de precisar.

Buscando parches

"Es necesario tener buenas muestras, "Van der Molen explica el éxito. Afortunadamente, los coautores de Barcelona son conocidos por realizar muestras de gran calidad. "Próximo, necesita saber exactamente dónde buscar ". Incluso en una buena muestra, el ángulo de torsión correcto solo se logra en pequeños parches de grafeno de doble capa.

El microscopio electrónico de baja energía de Van der Molen (LEEM) y el microscopio de túnel de barrido (STM) de Allan ayudaron a encontrar exactamente esos parches.

Luego, un grupo en Ginebra utilizó nano-ARPES, una técnica de imagen, para demostrar la desaceleración de los electrones. Allan:"Muchos grupos se esforzaron por hacer eso. Solo otro grupo tuvo éxito, y tienen una publicación paralela ".

Detectores hipersensibles

Dilucidar y luego optimizar este tipo de superconductividad también podría conducir a numerosas aplicaciones tecnológicas, desde el transporte de energía sin pérdidas hasta los detectores de luz hipersensibles.

De hecho, Michiel de Dood, también en Leiden, ahora es pionero en este tipo de detectores. Van der Molen:"Es un trabajo fundamental, pero también mantenemos los ojos abiertos para las aplicaciones ".