O modelo prevê uma temperatura crítica supercondutora notavelmente alta de 21 K no facilmente esfolável, semimetal 2D topologicamente não trivial W 2 N 3 . Crédito:Davide Campi @EPFL
A supercondutividade em sistemas bidimensionais (2D) tem atraído muita atenção nos últimos anos, tanto por causa de sua relevância para a nossa compreensão da física fundamental quanto por causa de potenciais aplicações tecnológicas em dispositivos em nanoescala, como interferômetros quânticos, transistores supercondutores e qubits supercondutores.
A temperatura crítica (Tc), ou a temperatura sob a qual um material atua como um supercondutor, é uma preocupação essencial. Para a maioria dos materiais, está entre zero absoluto e 10 Kelvin, isso é, entre -273 Celsius e -263 Celsius, frio demais para ter alguma utilidade prática. O foco foi então encontrar materiais com um Tc mais alto.
Embora os pesquisadores tenham descoberto materiais que agem como supercondutores convencionais em temperaturas de até 250 K sob pressão extrema, o recorde relatado até agora entre os materiais 2D está entre 7 e 12K no MoS 2 de acordo com evidências experimentais e até 20 K em alguns materiais 2D dopados e em metais 2D intrínsecos de acordo com a modelagem teórica. As previsões teóricas colocaram uma transição supercondutora a uma temperatura acima do hidrogênio líquido para alguns alótropos de boro 2D recentemente realizados, mas esses materiais não podem ser obtidos por esfoliação de parentes 3-D ligados de van der Waals e devem ser cultivados diretamente em um substrato de metal. Isso resulta em interações relativamente fortes que devem suprimir a temperatura crítica supercondutora para apenas 2 K em uma amostra com suporte.
Paralelamente a esta busca por maior Tc, pesquisadores têm procurado materiais que combinem propriedades topológicas não triviais com supercondutividade. Essa busca é impulsionada tanto por uma busca por estados exóticos da matéria quanto por uma compreensão mais profunda das interações entre os estados de borda topológicos e a fase supercondutora.
No artigo "Predição da supercondutividade mediada por fônons com alta temperatura crítica no semimetal topológico bidimensional W 2 N 3 "autores Nicola Marzari, chefe do Laboratório de Teoria e Simulação de Materiais da EPFL, cientista Davide Campi e Ph.D. o aluno Simran Kumari usa cálculos de primeiros princípios para identificar a supercondutividade intrínseca na monocamada W 2 N 3 , um material que foi recentemente identificado como sendo facilmente esfolável de uma camada hexagonal-W 2 N 3 a granel por cálculos, uma teoria também apoiada por evidências experimentais. Eles encontram uma temperatura crítica de 21 K, isso é, logo acima do hidrogênio líquido e uma temperatura de transição recorde para um supercondutor 2D convencional mediado por fônons.
Eles também examinam os efeitos da deformação biaxial nos acoplamentos elétron-fônon e prevêem uma forte dependência da constante de acoplamento elétron-fônon, fazendo 2D W 2 N 3 uma plataforma muito promissora para estudar diferentes regimes de interação e testar os limites das teorias atuais de supercondutividade. Finalmente, eles argumentam que o material pode ser dopado de forma que estados de borda helicoidal atualmente desocupados 0,5 eV acima do nível de Fermi sejam preenchidos, mesmo enquanto a supercondutividade persiste, embora com uma temperatura de transição muito mais baixa, tornando W 2 N 3 um candidato viável para estudar e explorar a possível coexistência e interações do estado supercondutor com estados de borda protegidos topologicamente.
