O estudo melhora a compreensão da supercondutividade no grafeno de três camadas torcidas de ângulo mágico

Esquema para a geometria de camada dupla usada para estudar a influência da blindagem de Coulomb no grafeno de tríplice camada torcida. Neste esquema, o grafeno de camada tripla torcida (camadas azul e vermelha) é separado do grafeno de camada dupla bernal (bicamada preta) por um isolante fino (negligenciado para maior clareza) com 2 nm de espessura. Toda essa estrutura é encapsulada com dois eletrodos de grafite na parte superior e inferior, para fornecer a capacidade de ajustar a densidade em cada camada de forma independente. Crédito:Liu et al.

Nos últimos anos, físicos e cientistas de materiais descobriram várias novas plataformas para estudar fases correlacionadas da matéria, como a supercondutividade e a fase isolante correlacionada. Entre eles está o grafeno de três camadas de ângulo mágico, um supercondutor descoberto por uma equipe de pesquisa do Instituto de Tecnologia de Massachusetts. Este material consiste em três folhas de grafeno empilhadas juntas, com um desalinhamento rotacional de aproximadamente 1,5 graus.
Estudos anteriores descobriram que o grafeno de três camadas torcidas de ângulo mágico exibe supercondutividade em campos magnéticos notavelmente altos, muito mais altos do que aqueles que seriam capazes de suportar se fosse um supercondutor convencional. Embora a supercondutividade deste material esteja agora amplamente documentada, sua física subjacente ainda não é totalmente compreendida.

Pesquisadores da Brown University realizaram recentemente um estudo investigando a supercondutividade no grafeno de três camadas torcidas. Seu artigo, publicado em Nature Physics , introduz importantes restrições que podem moldar os modelos teóricos existentes de supercondutividade.

“Alguns experimentos anteriores mostraram que a fase supercondutora no grafeno de três camadas torcidas de ângulo mágico sobrevive a um grande campo magnético externo que viola o chamado limite de Pauli, onde se espera que pares de elétrons com orientações de spin opostas sejam destruídos”, Jia Leo Li , um dos pesquisadores que realizaram o estudo, disse ao Phys.org. "O fato de a supercondutividade violar esse limite fornece uma forte indicação de que os spins dos elétrons em um par de Cooper estão alinhados na mesma direção."

O objetivo principal do trabalho recente de Li e seus colegas da Brown University foi entender melhor o comportamento supercondutor incomum observado no grafeno de três camadas torcidas de ângulo mágico. Para fazer isso, a equipe usou uma técnica chamada triagem de Colomb, que permite aos cientistas investigar o papel das interações de Coulomb na estabilização da fase supercondutora. Em última análise, isso levou a novas descobertas que enriquecem a compreensão atual do mecanismo subjacente à supercondutividade no novo material promissor.

“No ano passado, demonstramos que é possível manipular diretamente a força da interação de Coulomb usando uma heteroestrutura de material 2D especialmente projetada”, disse Jia Li, professor assistente de física em Brown e autor correspondente da pesquisa. "A resposta da supercondutividade à variação da interação de Coulomb nos diz algo importante sobre esse sistema. Neste caso, mostramos que a interação de Coulomb mais fraca fortalece a supercondutividade."

A técnica de triagem usada por Li e seus colegas foi revelada por eles em um de seus estudos anteriores, liderados por Xiaoxue Liu. Liu é pesquisador de pós-doutorado na Brown University e pioneiro no estudo de sistemas de grafeno moiré usando estruturas de materiais 2D com design complexo.

“A medição de triagem que coletamos no grafeno de três camadas torcidas mostra resultados semelhantes em comparação com a mesma medição realizada na bicamada de grafeno de ângulo mágico, o que sugere que as fases supercondutoras nesses dois sistemas têm uma origem comum”, disse Li. "Nosso resultado mais notável é que a cola (emparelhamento) para a fase supercondutora no grafeno de três camadas torcidas parece estar competindo com a interação de Coulomb."

As descobertas oferecem novos insights valiosos que avançam significativamente na compreensão atual da supercondutividade em estruturas de grafeno torcidas. No futuro, a equipe planeja investigar mais essa estrutura promissora, ao mesmo tempo em que usa a mesma técnica empregada em seu estudo recente para examinar outros materiais.

"O comportamento que observamos fornece um forte suporte para um grupo de modelos teóricos, enquanto exclui outro grupo de possibilidades", acrescentou Li. "A triagem de Coulomb é uma técnica poderosa. Agora planejamos aplicar essa mesma técnica para aprender mais sobre fases supercondutoras em materiais 2D." + Explorar mais