En las tres capas de grafeno que se muestran aquí, el ángulo de giro local puede oscilar entre alrededor de 1,5 grados (azul), cerca del "ángulo mágico" para este dispositivo, y alrededor de 1,9 grados (rojo). La flecha muestra un vórtice de ángulo de giro, o twiston. Estas áreas de desorden ayudan a que el dispositivo general sea más ordenado. Crédito:Simón Turkel
El descubrimiento de la superconductividad en dos capas de grafeno ligeramente torcidas hizo olas hace unos años en la comunidad de materiales cuánticos. Con solo dos láminas de carbono delgadas como un átomo, los investigadores habían descubierto un dispositivo simple para estudiar el flujo de electricidad sin resistencia, entre otros fenómenos relacionados con el movimiento de electrones a través de un material.
Pero, el ángulo de giro entre las dos capas tiene que ser el correcto, en el llamado ángulo "mágico" de 1,1 grados, para que se observen los fenómenos. Eso se debe a que los átomos en las capas quieren resistir el giro y 'relajarse' de regreso a un ángulo cero, explica Joshua Swann, Ph.D. estudiante en el Dean Lab de Columbia. A medida que desaparecen los ángulos mágicos, también lo hace la superconductividad.
Agregar una tercera capa de grafeno mejora las probabilidades de encontrar superconductividad, pero la razón no estaba clara. Escribir en Ciencia , investigadores de Columbia revelan nuevos detalles sobre la estructura física del grafeno tricapa que ayudan a explicar por qué tres capas son mejores que dos para estudiar la superconductividad.
Usando un microscopio capaz de obtener imágenes hasta el nivel de átomos individuales, el equipo vio que grupos de átomos en algunas áreas se estaban agrupando en lo que Simon Turkel, Ph.D. estudiante en el Laboratorio de Pasupatía, apodado "twistons". Estos twistons aparecieron de forma ordenada, lo que permitió que el dispositivo en su conjunto mantuviera mejor los ángulos mágicos necesarios para que se produjera la superconductividad.
Es un resultado alentador, dijo Swann, quien construyó el dispositivo para el estudio. "He hecho 20 o 30 dispositivos de grafeno bicapa y he visto tal vez dos o tres superconductores", dijo. "Con tres capas, puede explorar propiedades que son difíciles de estudiar en sistemas de dos capas".
Esas propiedades se superponen con una clase de materiales complejos llamados cupratos, que son superconductores a una temperatura relativamente alta de -220 °F. Una mejor comprensión de los orígenes de la superconductividad podría ayudar a los investigadores a desarrollar cables que no pierdan energía a medida que conducen la electricidad o dispositivos que no necesitarán mantenerse a bajas temperaturas costosas de mantener.
En el futuro, los investigadores esperan vincular lo que ven en sus escaneos con mediciones del fenómeno cuántico en dispositivos de tres capas. "Si podemos controlar estos twistons, que dependen del desajuste del ángulo entre las capas superior e inferior del dispositivo, podemos realizar estudios sistemáticos de sus efectos sobre la superconductividad", dijo Turkel. "Es una pregunta abierta emocionante". El estudio mejora la comprensión de la superconductividad en el grafeno tricapa retorcido de ángulo mágico
