Avance:un equipo dirigido por Columbia ha descubierto un nuevo método para manipular la conductividad eléctrica de este material revolucionario. el más fuerte conocido por el hombre con aplicaciones que van desde dispositivos nanoelectrónicos hasta energía limpia.

El grafeno ha sido anunciado como un material maravilloso. No solo es el más fuerte, el material más delgado jamás descubierto, su capacidad excepcional para conducir calor y electricidad allana el camino para la innovación en áreas que van desde la electrónica hasta la energía y la medicina.

Ahora, un equipo dirigido por la Universidad de Columbia ha desarrollado un nuevo método para ajustar con precisión las capas adyacentes de grafeno:encaje, láminas de átomos de carbono en forma de panal para inducir superconductividad. Su investigación proporciona nuevos conocimientos sobre la física que subyace a las intrigantes características de este material bidimensional.

El artículo del equipo aparece en la edición del 24 de enero de Ciencias .

"Nuestro trabajo demuestra nuevas formas de inducir superconductividad en grafeno bicapa retorcido, en particular, logrado aplicando presión, "dijo Cory Dean, profesor asistente de física en Columbia e investigador principal del estudio. "También proporciona una primera confirmación fundamental de los resultados del MIT del año pasado, que el grafeno bicapa puede exhibir propiedades electrónicas cuando se tuerce en ángulo, y mejora nuestra comprensión del sistema". lo cual es sumamente importante para este nuevo campo de investigación ".

En marzo de 2018, investigadores del Instituto de Tecnología de Massachusetts informaron sobre un descubrimiento innovador de que dos capas de grafeno pueden conducir electricidad sin resistencia cuando el ángulo de torsión entre ellas es de 1,1 grados. conocido como el "ángulo mágico".

Pero alcanzar ese ángulo mágico ha resultado difícil. "Las capas deben estar torcidas dentro de aproximadamente una décima de grado alrededor de 1,1, que es experimentalmente desafiante, ", Dijo Dean." Descubrimos que errores muy pequeños en la alineación podrían dar resultados completamente diferentes ".

Entonces Dean y sus colegas, que incluyen científicos del Instituto Nacional de Ciencia de Materiales y la Universidad de California, Santa Bárbara, se propuso probar si las condiciones de ángulo mágico podrían lograrse en rotaciones más grandes.

"En lugar de intentar controlar con precisión el ángulo, preguntamos si, en cambio, podríamos variar el espacio entre las capas, "dijo Matthew Yankowitz, investigador científico postdoctoral en el departamento de física de Columbia y primer autor del estudio. "De esta manera, cualquier ángulo de giro podría, en principio, convertirse en un ángulo mágico ".

Estudiaron una muestra con un ángulo de giro de 1,3 grados, solo un poco más grande que el ángulo mágico, pero lo suficientemente lejos como para excluir la superconductividad.

La aplicación de presión transformó el material de un metal en un aislante, en el que la electricidad no puede fluir, o en un superconductor, donde la corriente eléctrica puede pasar sin resistencia, según la cantidad de electrones del material.

"Notablemente, aplicando una presión superior a 10, 000 atmósferas observamos la aparición de las fases aislante y superconductora, "Dijo Dean. Además, la superconductividad se desarrolla a la temperatura más alta observada en el grafeno hasta ahora, poco más de 3 grados por encima del cero absoluto ".

Para alcanzar las altas presiones necesarias para inducir la superconductividad, el equipo trabajó en estrecha colaboración con la instalación de usuarios de Alto Campo Magnético Nacional, conocido como el Maglab, en Tallahassee, Florida.

"Este esfuerzo fue un gran desafío técnico, ", dijo Dean." Después de fabricar uno de los dispositivos más exclusivos con los que hemos trabajado, luego tuvimos que combinar temperaturas criogénicas, campos magnéticos altos, y alta presión, todo mientras se mide la respuesta eléctrica. Reunir todo esto fue una tarea desalentadora y nuestra capacidad para hacerlo funcionar es realmente un tributo a la fantástica experiencia de Maglab ".

Los investigadores creen que puede ser posible mejorar aún más la temperatura crítica de la superconductividad a presiones aún más altas. El objetivo final es desarrollar algún día un superconductor que pueda funcionar en condiciones de temperatura ambiente, y aunque esto puede resultar un desafío en el grafeno, podría servir como hoja de ruta para lograr este objetivo en otros materiales.

Andrea Young, profesor asistente de física en UC Santa Barbara, un colaborador en el estudio, dijo que el trabajo demuestra claramente que apretar las capas tiene el mismo efecto que torcerlas y ofrece un paradigma alternativo para manipular las propiedades electrónicas del grafeno.

"Nuestros hallazgos relajan significativamente las limitaciones que dificultan el estudio del sistema y nos brindan nuevas perillas para controlarlo, "Dijo Young.

Dean y Young ahora están retorciendo y exprimiendo una variedad de materiales atómicamente delgados con la esperanza de encontrar superconductividad emergente en otros sistemas bidimensionales.

"Entender 'por qué' todo esto está sucediendo es un desafío formidable, pero fundamental para finalmente aprovechar el poder de este material, y nuestro trabajo comienza a desentrañar el misterio, '", Dijo Dean.