En 2018, el mundo de la física se incendió con el descubrimiento de que cuando una capa ultrafina de carbono, llamado grafeno, está apilado y retorcido en un "ángulo mágico, "esa nueva estructura de doble capa se convierte en un superconductor, permitiendo que la electricidad fluya sin resistencia ni desperdicio de energía. Ahora, en un giro literal, Los científicos de Harvard han ampliado ese sistema superconductor al agregar una tercera capa y rotarla, abriendo la puerta a avances continuos en la superconductividad basada en grafeno.

El trabajo se describe en un nuevo artículo en Ciencias y algún día puede ayudar a conducir hacia superconductores que operan a temperaturas más altas o incluso cercanas a la ambiente. Estos superconductores se consideran el santo grial de la física de la materia condensada, ya que permitirían tremendas revoluciones tecnológicas en muchas áreas, incluida la transmisión de electricidad, transporte, y computación cuántica. La mayoría de los superconductores de hoy, incluida la estructura de grafeno de doble capa, trabaje solo a temperaturas ultra frías.

"La superconductividad en el grafeno retorcido proporciona a los físicos un sistema modelo teóricamente accesible y controlable experimentalmente en el que pueden jugar con las propiedades del sistema para decodificar los secretos de la superconductividad de alta temperatura, "dijo uno de los coautores principales del artículo, Andrew Zimmerman, investigador postdoctoral en el laboratorio del físico de Harvard Philip Kim.

El grafeno es una capa de átomos de carbono de un átomo de espesor que es 200 veces más fuerte que el acero pero es extremadamente flexible y más liviana que el papel. Casi siempre se ha sabido que es un buen conductor de calor y corriente eléctrica, pero es muy difícil de manejar. Los experimentos para desbloquear el rompecabezas del grafeno bicapa retorcido han estado en curso desde que el físico del MIT Pablo Jarillo-Herrero y su grupo fueron pioneros en el campo emergente de la "twistrónica" con su experimento en 2018 donde produjeron el superconductor de grafeno girándolo en un ángulo mágico de 1,1 grados. .

Los científicos de Harvard informan que apilaron con éxito tres hojas de grafeno y luego torcieron cada una de ellas en ese ángulo mágico para producir una estructura de tres capas que no solo es capaz de superconductividad, sino que lo hace de manera más robusta y a temperaturas más altas que muchas de las de doble apilado. grafeno. El nuevo y mejorado sistema también es sensible a un campo eléctrico aplicado externamente que les permite sintonizar el nivel de superconductividad ajustando la fuerza de ese campo.

"Nos permitió observar el superconductor en una nueva dimensión y nos proporcionó pistas importantes sobre el mecanismo que impulsa la superconductividad, "dijo el otro autor principal del estudio, Zeyu Hao, un doctorado estudiante de la Escuela de Graduados en Artes y Ciencias que también trabaja en el Grupo Kim.

Uno de esos mecanismos tiene a los teóricos realmente entusiasmados. El sistema de tres capas mostró evidencia de que su superconductividad se debe a interacciones fuertes entre electrones en contraposición a los débiles. Si es verdad, esto no solo puede ayudar a abrir un camino hacia la superconductividad de alta temperatura, sino también a posibles aplicaciones en la computación cuántica.

"En la mayoría de los superconductores convencionales, los electrones se mueven a gran velocidad y ocasionalmente se cruzan e influyen entre sí. En este caso, decimos que sus efectos de interacción son débiles, "dijo Eslam Khalaf, coautor del estudio y becario postdoctoral que trabaja en el laboratorio del profesor de física de Harvard Ashvin Vishwanath. "Si bien los superconductores que interactúan débilmente son frágiles y pierden superconductividad cuando se calientan a unos pocos Kelvin, los superconductores de acoplamiento fuerte son mucho más resistentes pero mucho menos entendidos. La realización de una superconductividad de acoplamiento fuerte en un sistema simple y sintonizable como el de tres capas podría allanar el camino para finalmente desarrollar una comprensión teórica de los superconductores fuertemente acoplados para ayudar a alcanzar el objetivo de una temperatura alta. tal vez incluso a temperatura ambiente, superconductor."

Los investigadores planean continuar explorando la naturaleza de esta superconductividad inusual en estudios posteriores.

"Cuanto más entendemos, cuanto mejor tengamos la oportunidad de aumentar las temperaturas de transición superconductoras, "dijo Kim.