Desde la primera fabricación exitosa de una estructura bidimensional de átomos de carbono hace unos 20 años, el grafeno ha fascinado a los científicos. Hace unos años, los investigadores descubrieron que dos capas de grafeno, ligeramente retorcidas entre sí, pueden conducir la corriente eléctrica sin pérdidas. En los últimos años, este descubrimiento ha llevado a los científicos a explorar estos materiales en capas con mayor detalle. Un ejemplo notable reciente es el grafeno tricapa torcido simétrico de espejo, donde tres capas de grafeno se apilan con ángulos de giro alternos. Es el primer sistema moiré que se puede sintonizar de manera eficiente con un campo eléctrico perpendicular y se demostró experimentalmente que exhibe una superconductividad robusta, junto con varias otras fases. "Esto establece el grafeno tricapa como una plataforma emocionante para la física compleja de muchos cuerpos, pero la naturaleza de los aislantes, semimetales y superconductividad observados inducidos por la interacción sigue siendo desconocido", dice Mathias Scheurer, del Departamento de Física Teórica de la Universidad de Innsbruck.

En un artículo publicado en Physical Review X, un equipo dirigido por Scheurer estudió numérica y analíticamente el diagrama de fase de este sistema para diferentes cantidades de electrones por celda unitaria moiré y en función del campo eléctrico. "Este es un problema muy desafiante ya que el sistema tiene bandas planas y altamente dispersivas", dice el físico teórico. "Sin embargo, logramos demostrar que el estado fundamental del sistema en ausencia de un campo se desacopla en un producto del estado fundamental del grafeno y el estado fundamental del grafeno bicapa retorcido", una propiedad que posteriormente ha sido confirmada por experimentos.

Sus resultados establecen aún más el predominio de las fases aislantes y semimetálicas en presencia de un campo eléctrico que son exclusivos del sistema tricapa, es decir, no se realizan en el grafeno bicapa retorcido. "Podemos usar nuestro diagrama de fase resultante para los estados normales correlacionados para restringir la forma del superconductor", dice Scheurer. "Entre otros aspectos, los dos estados candidatos superconductores resultantes que obtenemos son consistentes con la estabilidad inesperada del superconductor en el campo magnético visto en el experimento".

La relevancia de los hallazgos para la física del grafeno tricapa torcido se atestigua aún más por una colaboración posterior con el grupo de Abhay Pasupathy de la Universidad de Columbia. En un artículo reciente en Science , informan datos de microscopía de túnel de barrido (STM) en este sistema. "Demostramos que los espectros de túneles medidos exhiben efectos de interacción significativos que pueden ser capturados cualitativamente por los números de nuestro trabajo", dice Mathias Scheurer. + Explora más

La nematicidad es una nueva pieza en el rompecabezas del diagrama de fase de grafeno de doble bicapa