Físicos de Leiden e colegas internacionais de Genebra e Barcelona confirmaram o mecanismo que torna o grafeno supercondutor de ângulo mágico. Esta é uma etapa fundamental para elucidar a supercondutividade de alta temperatura, um mistério de décadas central para a física, o que pode levar a avanços tecnológicos.

Os materiais dos ângulos mágicos constituem uma descoberta recente surpreendente da física. "Você pega uma folha de grafeno, "diz Sense Jan van der Molen, referindo-se ao material bidimensional feito de átomos de carbono em um padrão hexagonal, "então você coloca outra camada em cima dela e torce a última em 1 grau. Dessa forma, de repente você obtém um supercondutor. "

A uma temperatura de 1,7 Kelvin, o grafeno de dupla camada torcida (tbg) conduz eletricidade sem resistência. Agora, Van der Molen, seu colega de Leiden, Milan Allan, e colegas internacionais finalmente confirmaram o mecanismo por trás desses fascinantes novos supercondutores.

No jornal Física da Natureza , eles mostram que a ligeira torção no grafeno faz com que os elétrons desacelerem o suficiente para sentir um ao outro. Isso permite que eles formem os pares de elétrons necessários para a supercondutividade.

Padrões de moiré

Como uma torção tão pequena pode fazer uma diferença tão grande? Isso está conectado com os padrões moiré, um fenômeno visto no mundo cotidiano. Por exemplo, quando duas cercas de arame estão na frente da outra, observam-se pontos escuros e brilhantes adicionais, causado pela sobreposição variável entre os padrões. Esses padrões de moiré (do moirer francês, a vincar) geralmente aparecem onde as estruturas periódicas se sobrepõem de forma imperfeita.

O grafeno de duas camadas torcidas é exatamente essa situação:a interação entre as duas redes hexagonais de carbono, ligeiramente torcido, faz com que surja um padrão moiré hexagonal muito maior. Ao criar esta nova periodicidade, a interação entre as mudanças de elétrons, produzindo esses elétrons "lentos". Em vários artigos, sinais claros de supercondutividade foram medidos, mas a etapa intermediária dos elétrons lentos é muito mais difícil de definir.

Procurando por patches

"Você precisa ter boas amostras, "Van der Molen explica o sucesso. Felizmente, os co-autores de Barcelona são conhecidos por fazer amostras de alta qualidade. "Próximo, você precisa saber exatamente onde procurar. "Mesmo em uma boa amostra, o ângulo de torção correto só é obtido em pequenos remendos de grafeno de camada dupla.

O microscópio eletrônico de baixa energia (LEEM) de Van der Molen e o microscópio de tunelamento de varredura (STM) de Allan ajudaram a encontrar exatamente essas manchas.

Então, um grupo em Genebra usou nano-ARPES, uma técnica de imagem, para demonstrar a desaceleração dos elétrons. Allan:"Muitos grupos se esforçaram para fazer isso. Apenas um outro grupo conseguiu, e eles têm uma publicação paralela. "

Detectores hipersensíveis

Elucidar e, em seguida, otimizar este tipo de supercondutividade também pode levar a inúmeras aplicações tecnológicas, variando de transporte de energia sem perdas a detectores de luz hipersensíveis.

Na verdade, Michiel de Dood, também em Leiden, agora é pioneira em tais detectores. Van der Molen:"É um trabalho fundamental, mas também mantemos nossos olhos abertos para as aplicações. "