En un mar de ángulos mágicos, los «twistons» hacen que los electrones fluyan a través de tres capas de grafeno

En un mar de ángulos mágicos, los «twistons» hacen que los electrones fluyan a través de tres capas de grafeno


09/04/2022

(Noticias de Nanowerk) El descubrimiento de la superconductividad en dos láminas de grafeno ligeramente torcidas hizo olas en la comunidad de materiales cuánticos hace unos años. Usando solo dos capas atómicamente delgadas de carbono, los investigadores descubrieron 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 torsión entre las dos capas debe ser Sólo derecha – 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 se resisten a torcerse y quieren «relajarse» de nuevo a un ángulo cero, explica Joshua Swann, un estudiante graduado en el Laboratorio Dean de Columbia. Cuando desaparecen los ángulos mágicos, también desaparece la superconductividad. En las capas de grafeno, el ángulo de torsión entre los átomos puede variar, lo que afecta la capacidad de superconducción En las capas de grafeno, el ángulo de torsión entre los átomos puede variar, lo que afecta la superconductividad. En las tres capas de grafeno que se muestran aquí, el ángulo de torsión local puede oscilar entre aproximadamente 1,5 grados (azul), cerca del «ángulo mágico» para este dispositivo, y aproximadamente 1,9 grados (rojo). La flecha indica un ángulo de rotación vórtice o twiston. Estas áreas desordenadas ayudan a que el dispositivo en general esté más ordenado. (Imagen: Simón Turkel)

agregando uno tercero La capa de grafeno mejora las probabilidades de encontrar superconductividad, pero no estaba claro por qué. correo registrado Ciencia («Neat Disorder in Twisted Magic Angle Trilayer Graphene») 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 que puede generar imágenes hasta el nivel de átomos individuales, el equipo vio que los grupos de átomos se agruparon en lo que Simon Turkel, un estudiante graduado en el Laboratorio de Pasupatía, llamó «twistons» en algunas áreas. Estos twistons aparecieron de manera 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. «Hice 20 o 30 dispositivos de grafeno bicapa y vi tal vez dos o tres que eran superconductores», dijo. «Con tres capas, puedes estudiar propiedades que son difíciles de estudiar en sistemas de dos capas».

Estas propiedades se superponen con una clase de materiales complejos llamados cupratos, que son superconductores a una temperatura relativamente alta de -220F. Una mejor comprensión de los orígenes de la superconductividad podría ayudar a los investigadores a diseñar cables que no pierdan energía al conducir electricidad o dispositivos que no necesiten mantenerse a bajas temperaturas costosas.

En el futuro, los investigadores esperan vincular lo que ven en sus escaneos con mediciones de fenómenos cuánticos en dispositivos de tres capas. «Si podemos controlar estos twistons, que dependen del desajuste angular entre las capas superior e inferior del dispositivo, podemos estudiar sistemáticamente sus efectos sobre la superconductividad», dijo Turkel. «Esa es una pregunta abierta emocionante».



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