Os pesquisadores descobriram uma maneira de desencadear o inato, mas anteriormente oculto, capacidade do grafeno de atuar como um supercondutor - o que significa que pode ser feito para transportar uma corrente elétrica com resistência zero.

A descoberta, relatado em Nature Communications , aumenta ainda mais o potencial do grafeno, que já é amplamente visto como um material que pode revolucionar setores como saúde e eletrônicos. O grafeno é uma folha bidimensional de átomos de carbono e combina várias propriedades notáveis; por exemplo, é muito forte, mas também leve e flexível, e altamente condutivo.

Desde sua descoberta em 2004, os cientistas especularam que o grafeno também pode ter a capacidade de ser um supercondutor. Até agora, supercondutividade no grafeno só foi alcançada por dopagem com, ou colocando-o sobre, um material supercondutor - um processo que pode comprometer algumas de suas outras propriedades.

Mas no novo estudo, pesquisadores da Universidade de Cambridge conseguiram ativar o potencial latente do grafeno para superconduzir por si mesmo. Isso foi conseguido acoplando-o a um material denominado óxido de cobre e praseodímio cério (PCCO).

Supercondutores já são usados ​​em inúmeras aplicações. Como eles geram grandes campos magnéticos, eles são um componente essencial em scanners de ressonância magnética e trens de levitação. Eles também poderiam ser usados ​​para fazer linhas de força com eficiência energética e dispositivos capazes de armazenar energia por milhões de anos.

O grafeno supercondutor abre ainda mais possibilidades. Os pesquisadores sugerem, por exemplo, que o grafeno agora poderia ser usado para criar novos tipos de dispositivos quânticos supercondutores para computação de alta velocidade. Curiosamente, também pode ser usado para provar a existência de uma forma misteriosa de supercondutividade conhecida como supercondutividade de "onda p", que os acadêmicos têm se esforçado para verificar por mais de 20 anos.

A pesquisa foi liderada pelo Dr. Angelo Di Bernardo e Dr. Jason Robinson, Fellows no St John's College, Universidade de Cambridge, ao lado dos colaboradores Professora Andrea Ferrari, do Cambridge Graphene Center; Professor Oded Millo, da Universidade Hebraica de Jerusalém, e o professor Jacob Linder, na Universidade Norueguesa de Ciência e Tecnologia em Trondheim.

"Há muito que se postula que, sob as condições certas, o grafeno deve passar por uma transição supercondutora, mas não pode, "Robinson disse." A ideia deste experimento era, se acoplarmos o grafeno a um supercondutor, podemos ativar essa supercondutividade intrínseca? A questão então se torna como você sabe que a supercondutividade que você está vendo está vindo de dentro do próprio grafeno, e não o supercondutor subjacente? "

Abordagens semelhantes foram tomadas em estudos anteriores usando supercondutores de base metálica, mas com sucesso limitado. "Colocar grafeno em um metal pode alterar drasticamente as propriedades, então, tecnicamente, ele não está mais se comportando como esperávamos, "Di Bernardo disse." O que você vê não é a supercondutividade intrínseca do grafeno, mas simplesmente o do supercondutor subjacente sendo passado adiante. "

PCCO é um óxido de uma classe mais ampla de materiais supercondutores chamados "cupratos". Ele também tem propriedades eletrônicas bem conhecidas, e usando uma técnica chamada microscopia de varredura e tunelamento, os pesquisadores foram capazes de distinguir a supercondutividade no PCCO da supercondutividade observada no grafeno.

A supercondutividade é caracterizada pela forma como os elétrons interagem:dentro de um supercondutor, os elétrons formam pares, e o alinhamento de spin entre os elétrons de um par pode ser diferente dependendo do tipo - ou "simetria" - de supercondutividade envolvida. No PCCO, por exemplo, o estado de rotação dos pares está desalinhado (antiparalelo), no que é conhecido como um "estado de onda d".

Por contraste, quando o grafeno foi acoplado ao PCCO supercondutor no experimento conduzido por Cambridge, os resultados sugeriram que os pares de elétrons dentro do grafeno estavam em um estado de onda p. "O que vimos no grafeno foi, em outras palavras, um tipo muito diferente de supercondutividade do PCCO, "Robinson disse." Este foi um passo realmente importante porque significava que sabíamos que a supercondutividade não vinha de fora e que o PCCO era, portanto, necessário apenas para liberar a supercondutividade intrínseca do grafeno. "

Ainda não está claro que tipo de supercondutividade a equipe ativou, mas seus resultados indicam fortemente que é a forma elusiva de "onda p". Se então, o estudo pode transformar o debate em curso sobre se este tipo misterioso de supercondutividade existe, e - em caso afirmativo - o que exatamente é.

Em 1994, pesquisadores no Japão fabricaram um supercondutor tripleto que pode ter uma simetria de onda p usando um material chamado rutenato de estrôncio (SRO). A simetria da onda p de SRO nunca foi totalmente verificada, parcialmente prejudicado pelo fato de que SRO é um cristal volumoso, o que torna difícil fabricar os tipos de dispositivos necessários para testar previsões teóricas.

"Se a supercondutividade da onda p está realmente sendo criada no grafeno, o grafeno pode ser usado como um andaime para a criação e exploração de todo um novo espectro de dispositivos supercondutores para áreas de pesquisa fundamental e aplicada, "Robinson disse." Esses experimentos levariam necessariamente a uma nova ciência por meio de uma melhor compreensão da supercondutividade da onda p, e como ele se comporta em diferentes dispositivos e configurações. "

O estudo também tem outras implicações. Por exemplo, sugere que o grafeno poderia ser usado para fazer um dispositivo semelhante a um transistor em um circuito supercondutor, e que sua supercondutividade poderia ser incorporada à eletrônica molecular. "Em princípio, dada a variedade de moléculas químicas que podem se ligar à superfície do grafeno, esta pesquisa pode resultar no desenvolvimento de dispositivos eletrônicos moleculares com novas funcionalidades baseadas em grafeno supercondutor, "Di Bernardo acrescentou.