Figura 1. Estructura cristalina de grafeno bicapa intercalado con Ca fabricado sobre sustrato de SiC. La inserción de átomos de Ca entre dos capas de grafeno provoca la superconductividad.
El grafeno es una hoja de carbono de un solo átomo con una red de panal hexagonal (Fig. 1). Los electrones del grafeno adoptan un estado electrónico especial llamado cono de Dirac en el que se comportan como si no tuvieran masa. Esto les permite fluir a muy alta velocidad, dando al grafeno un nivel muy alto de conductividad eléctrica.
Esto es significativo porque los electrones sin flujo de masa sin resistencia en el grafeno podrían conducir a la realización de un dispositivo nanoelectrónico de alta velocidad en última instancia.
El equipo colaborativo de la Universidad de Tohoku y la Universidad de Tokio ha desarrollado un método para cultivar grafeno de alta calidad en un cristal de carburo de silicio (SiC) controlando el número de láminas de grafeno. El equipo fabricó grafeno bicapa con este método y luego insertó átomos de calcio (Ca) entre las dos capas de grafeno como un sándwich (Fig. 1).
Midieron la conductividad eléctrica con el método de micro sonda de cuatro puntos y encontraron que la resistividad eléctrica cae rápidamente a alrededor de 4 K (-269 ° C), indicativo de una emergencia de superconductividad (Fig. 2).
El equipo también descubrió que ni el grafeno bicapa genuino ni el grafeno bicapa intercalado con litio muestran superconductividad. lo que indica que la superconductividad es impulsada por la transferencia de electrones de los átomos de Ca a las hojas de grafeno.
Se espera que el éxito en la fabricación de grafeno superconductor tenga un gran impacto tanto en las investigaciones básicas como aplicadas del grafeno.
Fig.2 Dependencia de la temperatura de la resistividad eléctrica del grafeno bicapa intercalado con Ca, medido por el método de micro sonda de cuatro puntos (recuadro). La resistividad muestra una rápida disminución alrededor de 4 K y llega a "cero" a 2 K, mostrando el surgimiento de la superconductividad.
Actualmente no está claro qué fenómeno ocurre cuando los electrones de Dirac sin masa se vuelven superconductores sin resistencia. Pero según los resultados del último estudio, Más investigaciones experimentales y teóricas ayudarían a desentrañar las propiedades del grafeno superconductor.
La temperatura de transición superconductora (Tc) observada en este estudio sobre grafeno bicapa intercalado con Ca es todavía baja (4 K). Esto da lugar a más estudios sobre formas de aumentar la Tc, por ejemplo, reemplazando Ca con otros metales y aleaciones, o cambiando el número de láminas de grafeno.
Desde el punto de vista de la aplicación, los últimos resultados allanan el camino para un mayor desarrollo de nanodispositivos superconductores de ultra alta velocidad, como un dispositivo de computación cuántica, que utiliza grafeno superconductor en su circuito integrado.
