Ilustración de un patrón muaré obtenido superponiendo dos celosías cuadradas con un giro. Para ciertos ángulos "proporcionales", la estructura resultante es periódica y se puede generar ensamblando regiones cuadradas sombreadas una al lado de la otra, como baldosas de suelo. Crédito:Can et al.
Materiales bidimensionales (2D), como el grafeno o dicalcogenuros de metales de transición, a veces se puede ensamblar en bicapas con un giro entre capas individuales. En años recientes, muchos investigadores han estado investigando las propiedades de estas estructuras retorcidas de doble capa y sus posibles ventajas para la fabricación de dispositivos electrónicos.
Un grupo de investigación de la Universidad de Columbia Británica en Vancouver llevó a cabo recientemente un estudio que exploraba las propiedades de los óxidos de cobre de doble capa retorcidos. En su papel publicado en Física de la naturaleza , predicen que las estructuras compuestas por dos superconductores de onda D delgados en una sola capa exhibirán una superconductividad topológica de alta temperatura.
"El grafeno bicapa retorcido ha sido un gran tema de investigación en los últimos años, y estábamos pensando en otros materiales 2D donde se podría aplicar la ingeniería de ángulo de torsión, "Marcel Franz, uno de los investigadores que realizó el estudio, dijo Phys.org. "El objetivo de nuestro trabajo, sin embargo, era descubrir una nueva física, no solo repetir lo que otros han hecho en el contexto del grafeno. Después de varios comienzos en falso, nos centramos en los superconductores de cuprato, que comparten algunas similitudes con el grafeno, como la estructura básica 2D y las excitaciones de Dirac de baja energía, pero también son en muchos aspectos materiales muy diferentes ".
La diferencia más notable entre los superconductores de grafeno y cuprato es que conducen la electricidad sin resistencia a altas temperaturas. Esta característica podría hacerlos posiblemente más adecuados para fabricar superconductores topológicos.
Estructura cristalina simplificada de Bi2Sr2CaCu2O8 + δ bilyer trenzado. Una manifestación importante de la superconductividad topológica es la presencia de "modos de borde" topológicamente protegidos, representado como flechas rojas y verdes, que están presentes en cualquier geometría con aristas. Crédito:Can et al.
En su estudio, Franz y sus colegas se centraron específicamente en materiales de cuprato de una sola capa, como Bi 2 Sr 2 CaCu 2 O 8 + δ , que se sabe que es un superconductor de onda d. Esto esencialmente significa que su parámetro de orden cambia de signo en una rotación de 90 grados, como un orbital d en química.
"Es esta propiedad superconductora del cuprato, establecido hace más de 20 años, que sustenta la aparición de la superconductividad topológica en una bicapa de dicho material cuando se ensambla con un giro, ", Dijo Franz." Construimos modelos matemáticos simples que describen esta situación y muestran evidencia inequívoca de una fase topológica robusta cuando el ángulo de torsión es cercano a los 45 grados ".
Los superconductores topológicos son extremadamente raros, y los investigadores hasta ahora solo han identificado un puñado de materiales que podrían clasificarse como tales. Es más, La mayoría de los candidatos a superconductores topológicos identificados hasta ahora solo alcanzan el estado topológico a temperaturas muy bajas (es decir, por debajo de 1 grado Kelvin).
Franz y sus colegas modelaron Twisted Bi 2 Sr 2 CaCu 2 O 8 + δ materiales bicapa y descubrió que podía alcanzar la fase topológica a temperaturas tan altas como 80 Kelvin. El hecho de que pueda entrar en esta fase a temperaturas más altas podría tener notables ventajas, ya que podría abrir nuevas posibilidades para estudiar la superconductividad topológica, permitiendo potencialmente el desarrollo de los primeros superconductores topológicos verdaderos de alta temperatura.
"Varios laboratorios de todo el mundo, incluidos los investigadores de mi propio Stewart Blusson Quantum Matter Institute, actualmente están preparando muestras de cupratos retorcidos de alta temperatura y se están preparando para poder sondear las firmas de la elusiva fase topológica, "Dijo Franz." Mi grupo está comprometido en un esfuerzo significativo destinado a proporcionar apoyo teórico a estos experimentos y resulta que, aunque el estado topológico debería estar presente de manera robusta en estas muestras, sus firmas pueden ser bastante sutiles. A través de modelos teóricos, ahora estamos trabajando para predecir comportamientos característicos de varias cantidades mensurables experimentalmente ".
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