El modelo predice una temperatura crítica superconductora notablemente alta de 21 K en el fácilmente exfoliable, semimetal 2D topológicamente no trivial W 2 norte 3 . Crédito:Davide Campi @EPFL
La superconductividad en sistemas bidimensionales (2D) ha atraído mucha atención en los últimos años, tanto por su relevancia para nuestra comprensión de la física fundamental como por las posibles aplicaciones tecnológicas en dispositivos a nanoescala como los interferómetros cuánticos, transistores superconductores y qubits superconductores.
La temperatura crítica (Tc), o la temperatura bajo la cual un material actúa como superconductor, es una preocupación fundamental. Para la mayoría de los materiales, está entre cero absoluto y 10 Kelvin, es decir, entre -273 Celsius y -263 Celsius, demasiado frío para ser de utilidad práctica. Entonces, el enfoque se ha centrado en encontrar materiales con una Tc más alta.
Si bien los investigadores han descubierto materiales que actúan como superconductores convencionales a temperaturas de hasta 250 K bajo presión extrema, el récord reportado hasta ahora entre los materiales 2D se encuentra entre 7 y 12K en MoS 2 según evidencia experimental y hasta 20 K en algunos materiales 2D dopados y en metales 2D intrínsecos según modelado teórico. Las predicciones teóricas han puesto una transición superconductora a una temperatura superior al hidrógeno líquido para algunos alótropos de boro 2D recientemente realizados, pero estos materiales no pueden obtenerse mediante exfoliación de los padres tridimensionales unidos por van der Waals y deben cultivarse directamente sobre un sustrato metálico. Esto da como resultado interacciones relativamente fuertes que se predice que suprimirán la temperatura crítica superconductora hasta solo 2 K en una muestra compatible.
Paralelamente a esta búsqueda de Tc más alto, Los investigadores han estado buscando materiales que combinen propiedades topológicas no triviales con superconductividad. Esta búsqueda está impulsada tanto por la búsqueda de estados exóticos de la materia como por una comprensión más profunda de las interacciones entre los estados de borde topológicos y la fase superconductora.
En el artículo "Predicción de superconductividad mediada por fonones con alta temperatura crítica en el semimetal topológico bidimensional W 2 norte 3 "autores Nicola Marzari, jefe del Laboratorio de Teoría y Simulación de Materiales de la EPFL, científico Davide Campi y Ph.D. El estudiante Simran Kumari utiliza cálculos de primeros principios para identificar la superconductividad intrínseca en la monocapa W 2 norte 3 , un material que se ha identificado recientemente como fácil de exfoliar a partir de una capa hexagonal-W 2 norte 3 a granel por cálculos, una teoría también apoyada por evidencia experimental. Encuentran una temperatura crítica de 21 K, es decir, justo por encima del hidrógeno líquido y una temperatura de transición récord para un superconductor 2D convencional mediado por fonones.
También examinan los efectos de la tensión biaxial en los acoplamientos electrón-fonón y predicen una fuerte dependencia de la constante de acoplamiento electrón-fonón. haciendo 2D W 2 norte 3 una plataforma muy prometedora para estudiar diferentes regímenes de interacción y probar los límites de las teorías actuales de la superconductividad. Finalmente, argumentan que el material podría doparse de tal manera que los estados de borde helicoidal actualmente desocupados 0.5 eV por encima del nivel de Fermi se llenen, incluso mientras persiste la superconductividad, aunque con una temperatura de transición mucho más baja, lo que hace que W 2 norte 3 un candidato viable para estudiar y explotar la posible coexistencia e interacciones del estado superconductor con estados de borde protegidos topológicamente.
