Siempre que se descubre un nuevo material, los científicos están ansiosos por saber si puede ser superconductor o no. Esto se aplica particularmente al grafeno material maravilloso. Ahora, un equipo internacional de investigadores de la Universidad de Viena dio a conocer el mecanismo de emparejamiento superconductor en grafeno dopado con calcio utilizando el método ARPES. Sus resultados se publican en la prestigiosa revista Comunicaciones de la naturaleza .

Los materiales superconductores exhiben una característica invaluable cuando se enfrían por debajo de una temperatura crítica:permiten el transporte de una corriente eléctrica sin pérdida. La superconductividad se basa en el hecho de que, en ciertos materiales, los electrones pueden emparejarse, lo que, a una temperatura más alta, se repelerían entre sí. Científicos del Grupo de Propiedades Electrónicas de Materiales de la Facultad de Física (Universidad de Viena) y sus socios de colaboración se unieron para descubrir el posible mecanismo de acoplamiento superconductor del material maravilloso grafeno.

Grafeno En 2004 se descubrió una capa de átomos de carbono de un solo átomo de espesor, considerada una de las sustancias más asombrosas y versátiles disponibles para la humanidad. El impacto del primer material bidimensional real es tan significativo que se otorgó un premio Nobel por su descubrimiento. Hasta hace poco, no hubo informes experimentales de superconductividad en el grafeno, aunque sus parientes cercanos, El grafito y los fullerenos se pueden convertir en superconductores introduciendo intencionalmente electrones en el material (dopaje).

El método ARPES:cómo la luz arroja luz sobre la superconductividad

Para arrojar luz sobre la superconductividad en el grafeno, los científicos recurrieron al poderoso método de fotoemisión:cuando una partícula de luz interactúa con un material, puede transferir toda su energía a un electrón dentro de ese material. Si la energía de la luz es suficientemente grande, el electrón adquiere suficiente energía para escapar del material. La determinación del ángulo bajo el cual los electrones escapan del material permite a los científicos extraer información valiosa sobre las propiedades electrónicas y las complejas interacciones de muchos cuerpos del material. Nikolay Verbitskiy y Alexander Grüneis de la Universidad de Viena junto con Alexander Fedorov y Denis Vyalikh de IFW-Dresden y TU-Dresden y Danny Haberer de la Universidad de California en Berkeley y sus colegas emplearon esta técnica, la llamada fotoemisión resuelta en ángulo espectroscopia (ARPES):en el sincrotrón Elettra en Trieste, donde investigaron la interacción de una serie de dopantes de electrones (Cs, Rb, K, N / A, Li, Ca) con grafeno monocapa.

¿Quién hace la calificación?

Según los hallazgos de los científicos, el calcio es el candidato más prometedor para inducir superconductividad en el grafeno con una temperatura crítica de aproximadamente 1,5 K. Esta temperatura crítica es bastante baja en comparación con p. Ej. fullerenos que se superconducen a 33K. Sin embargo, el grafeno ofrece varias ventajas enormes sobre muchos otros materiales. Dado que consta solo de átomos de carbono dispuestos en capas individuales, es fácil de funcionalizar químicamente. Es más, se puede cultivar en varios números de capas de átomos en varios órdenes de apilamiento y se puede dopar de varias formas diferentes. De este modo, ofrece una multitud de opciones para experimentar.

Los científicos confían en que, mientras que el grafeno no establecerá un nuevo récord de temperaturas críticas, la facilidad con la que se pueden modificar sus propiedades mejorará nuestra comprensión de la superconductividad en general y de los materiales de carbono en particular.