Poco más de un año después de que los investigadores del MIT sorprendieran al mundo de la física con el descubrimiento del "ángulo mágico" de las hojas apiladas de grafeno, Los investigadores de Caltech han observado y estudiado directamente este material utilizando un microscopio de túnel de barrido que puede obtener imágenes de propiedades electrónicas a escalas de longitud atómica.

Comprender el "ángulo mágico", una orientación específica entre el grafeno apilado que produce propiedades eléctricas especiales, podría allanar el camino para hacer realidad el sueño de los superconductores a temperatura ambiente. que podría transmitir enormes corrientes eléctricas sin producir calor.

Pero primero:¿cuál es el ángulo mágico? Supongamos que toma dos hojas de grafeno (redes de átomos de carbono de un solo átomo de espesor) y las coloca una encima de la otra para crear un material bicapa. luego gire una de las hojas de grafeno para cambiar su orientación entre sí. A medida que cambia la orientación, las propiedades electrónicas del material bicapa cambiarán con él. A principios de 2018, investigadores del MIT descubrieron que, en una cierta orientación (alrededor de 1,1 grados de torsión relativa), el material bicapa, asombrosamente, se convierte en superconductor y, además, las propiedades superconductoras se pueden controlar con los campos eléctricos. Su descubrimiento lanzó un nuevo campo de investigación sobre el grafeno orientado a ángulos mágicos, conocido como "twistronics".

Los ingenieros y físicos de Caltech se han basado en ese descubrimiento al generar una imagen de la estructura atómica y las propiedades electrónicas del grafeno mágico torcido en ángulo. proporcionando una nueva visión del fenómeno al ofrecer una forma más directa de estudiarlo. Un artículo sobre su trabajo fue publicado en la revista. Física de la naturaleza el 5 de agosto.

"Esto retrae la cubierta de twistronics, "dice Stevan Nadj-Perge de Caltech, autor correspondiente del artículo y profesor asistente de física aplicada y ciencia de los materiales en la División de Ingeniería y Ciencias Aplicadas.

La investigación sobre el ángulo mágico requiere un nivel extremo de precisión para alinear las dos hojas de grafeno en el ángulo correcto. Las viejas técnicas para hacerlo requerían incrustar el grafeno en un material aislante, que tuvo el desafortunado efecto secundario de impedir el estudio directo de la muestra. En lugar de, los investigadores tuvieron que utilizar métodos indirectos para sondear la muestra de grafeno, por ejemplo, tomando medidas de cómo fluyen los electrones a través de él. Nadj-Perge y sus colegas desarrollaron un nuevo método para crear muestras de grafeno mágico torcido en ángulo que se puede utilizar para alinear las dos láminas de grafeno con mucha precisión y dejarlo expuesto para la observación directa.

Usando esta técnica, los investigadores pudieron aprender más sobre las propiedades electrónicas del material en el ángulo mágico, así como estudiar cómo cambian estas propiedades a medida que el ángulo de torsión se aleja del valor mágico. Su trabajo proporcionó varias ideas clave que guiarán futuros modelos teóricos y experimentos, incluyendo la observación de que la correlación electrónica juega un papel importante cerca del punto de neutralidad de carga, el ángulo en el que la bicapa es electrónicamente neutra.

"Previamente, se pensó que los efectos de correlación no juegan un papel importante en la neutralidad de carga, "Dice Nadj-Perge." Más cerca, Un examen más detallado de muestras como esta podría ayudarnos a explicar por qué existen los efectos electrónicos exóticos cerca del ángulo mágico. Una vez que sepamos eso, podríamos ayudar a allanar el camino para aplicaciones útiles, quizás incluso conduciendo a una superconductividad a temperatura ambiente algún día ".

El artículo se titula "Correlaciones electrónicas en grafeno bicapa retorcido cerca del ángulo mágico".