Se descubre que el grafeno de ‘ángulo mágico’ tiene una forma muy rara de superconductividad

Tricapa retorcida ‘ángulo mágico’ grafeno no solo tiene un nombre impresionantemente exótico, podría ser un tipo particularmente raro de superconductor, según una nueva investigación, una que podría ser útil en todas partes, desde equipos médicos hasta computadoras cuánticas.

Los científicos están descubriendo que apilar capas de grafeno de un solo átomo una encima de la otra en ángulos ligeramente diferentes puede crear nuevos materiales con propiedades interesantes, lo que llevó a la descubrimiento reciente de grafeno de tres capas retorcidas de ángulo mágico.

Ahora, un nuevo estudio del mismo equipo muestra que este material podría ser un superconductor “triplete de espín”, uno que no se ve afectado por campos magnéticos altos, lo que potencialmente lo hace aún más útil.

“El valor de este experimento es lo que nos enseña sobre la superconductividad fundamental, sobre cómo se pueden comportar los materiales, de modo que con esas lecciones aprendidas, podamos intentar diseñar principios para otros materiales que serían más fáciles de fabricar, que quizás podrían darte mejores resultados. superconductividad,” dice el físico Pablo Jarillo-Herrero, del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT).

Los materiales superconductores son muy buscados: pueden conducir la electricidad sin perder calor, lo que podría revolucionar nuestras redes eléctricas, nuestros dispositivos portátiles y mucho más, si es que podemos hacer que funcionen a temperaturas normales.

Por lo general, los electrones en los superconductores se acoplan en lo que se llama Pares de Cooper – cada uno con giros opuestos (uno hacia arriba y otro hacia abajo), viajando a través del material como pasajeros enlazados en un tren expreso.

Esa es la configuración convencional de spin-singlete, de todos modos. Sin embargo, los tipos raros de superconductores son triplete de espines, lo que significa que los electrones tienen el mismo espín. Fundamentalmente, esto significa que un campo magnético alto no descarrila nuestro tren expreso imaginario, porque la energía de ambos electrones se desplaza en la misma dirección.

A través de una serie de experimentos, el equipo pudo demostrar que el grafeno de tres capas retorcidas en ángulo mágico continuaba comportándose como un superconductor en campos magnéticos superiores a 10 Tesla

– tres veces mayor de lo que se esperaría de un material singlete de espín.

Además, la superconductividad desapareció y luego regresó a medida que aumentaba la fuerza del campo magnético.

“En los superconductores spin-singlete, si matas la superconductividad, nunca regresa, desaparece para siempre”. dice el físico Yuan Cao del MIT. “Aquí, reapareció de nuevo. Así que esto definitivamente dice que este material no es spin-singlete”.

El caso aún no está cerrado: se necesitarán más investigaciones para verificar los estados de giro de los electrones en este tipo especial de grafeno. Sin embargo, lo que podemos decir es que los primeros resultados son muy prometedores y muy emocionantes para los científicos.

Un área donde los superconductores de tripletes de espín podrían ser útiles es en Resonancias magnéticas: Si estas máquinas pudieran operar bajo campos magnéticos más altos, podrían producir imágenes mucho más detalladas. Sin embargo, por ahora, todavía se requieren temperaturas ultrabajas en el laboratorio para que el material actúe como superconductor.

El material y sus raras propiedades también son prometedoras para futuras investigaciones sobre computación cuántica. Una cuestión clave para hacer realidad la promesa de las computadoras cuánticas prácticas y accesibles es mejorar su estabilidad, algo en lo que los superconductores de triplete de espín de un cierto tipo podrían ayudar.

“No tenemos idea de si nuestro tipo es de ese tipo”, dice Jarillo-Herrero. “Pero incluso si no lo es, esto podría facilitar la colocación de grafeno de tres capas con otros materiales para diseñar ese tipo de superconductividad. Eso podría ser un gran avance. Pero aún es muy temprano”.

La investigación ha sido publicada en Naturaleza.

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