El grafeno ha sido anunciado como un material maravilloso. No solo es el material más fuerte y delgado jamás descubierto, sino que 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 liderado por la Universidad de Columbia ha desarrollado un nuevo método para sintonizar finamente las capas adyacentes de grafeno - láminas de átomos de carbono en forma de panal de encaje - para inducir la superconductividad. Su investigación proporciona nuevos conocimientos sobre la física subyacente a estos doscaracterísticas intrigantes del material tridimensional.
El artículo del equipo se publica en la edición del 24 de enero de ciencia .
"Nuestro trabajo demuestra nuevas formas de inducir la superconductividad en el grafeno bicapa retorcido, en particular, logrado mediante la aplicación de presión", dijo Cory Dean, profesor asistente de física en Columbia y el investigador principal del estudio. "También proporciona la primera confirmación crítica del últimoLos resultados del MIT del año, que el grafeno bicapa puede exhibir propiedades electrónicas cuando se tuerce en ángulo, y promueve nuestra comprensión del sistema, que es extremadamente 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 giro entre ellas es de 1.1 grados, denominado "ángulo mágico".
Pero alcanzar ese ángulo mágico ha resultado difícil. "Las capas se deben torcer aproximadamente a una décima de grado alrededor de 1.1, lo que es un desafío experimental", dijo Dean. "Encontramos que errores muy pequeños en la alineación podrían dar resultados completamente diferentesresultados "
De modo que Dean y sus colegas, que incluyen científicos del Instituto Nacional de Ciencia de Materiales y de la Universidad de California, Santa Bárbara, se propusieron probar si se podían lograr condiciones de ángulo mágico en rotaciones más grandes.
"En lugar de tratar de controlar con precisión el ángulo, preguntamos si podríamos variar el espacio entre las capas", dijo Matthew Yankowitz, científico investigador postdoctoral en el departamento de física de Columbia y primer autor del estudio. "De esta manera, cualquierel 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 evitar 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, dependiendo de la cantidad de electrones en el material.
"Notablemente, al aplicar una presión de más de 10,000 atmósferas observamos la aparición de las fases de aislamiento y superconducción", dijo Dean. Además, la superconductividad se desarrolla a la temperatura más alta observada en el grafeno hasta ahora, un 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 nacional de usuarios del Campo Magnético Alto, conocida como 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, tuvimos que combinar temperaturas criogénicas, altos campos magnéticos y alta presión, todo mientras medíamosrespuesta eléctrica. Poner todo esto junto fue una tarea desalentadora y nuestra capacidad para hacerlo funcionar es realmente un tributo a la fantástica experiencia en el Maglab ".
Los investigadores creen que es posible mejorar aún más la temperatura crítica de la superconductividad a presiones aún más altas. El objetivo final es algún día desarrollar un superconductor que pueda funcionar en condiciones de temperatura ambiente, y aunque esto puede resultar desafiante en el grafeno,podría servir como una hoja de ruta para lograr este objetivo en otros materiales.
Andrea Young, profesora asistente de física en la UC Santa Bárbara, colaboradora 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 en el grafeno.
"Nuestros hallazgos relajan significativamente las limitaciones que hacen que sea difícil estudiar el sistema y nos da nuevos mandos para controlarlo", dijo Young.
Dean y Young ahora están retorciendo y apretando una variedad de materiales atómicamente delgados con la esperanza de encontrar la superconductividad emergente en otros sistemas bidimensionales.
"Comprender 'por qué' 'de todo esto está sucediendo es un desafío formidable pero crítico para eventualmente aprovechar el poder de este material, y nuestro trabajo comienza a desentrañar el misterio", dijo Dean.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad de Columbia . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :