Teaser:uma equipe liderada pela Columbia descobriu um novo método para manipular a condutividade elétrica deste material revolucionário, o mais forte conhecido pelo homem com aplicações que variam de dispositivos nanoeletrônicos a energia limpa.

O grafeno foi considerado um material maravilhoso. Não só é o mais forte, o material mais fino já descoberto, sua capacidade excepcional de conduzir calor e eletricidade abre caminho para a inovação em áreas que vão da eletrônica à energia e à medicina.

Agora, uma equipe liderada pela Universidade de Columbia desenvolveu um novo método para ajustar com precisão as camadas adjacentes de grafeno - rendado, folhas de átomos de carbono semelhantes a favo de mel - para induzir a supercondutividade. Sua pesquisa fornece novos insights sobre a física subjacente às características intrigantes deste material bidimensional.

O artigo da equipe foi publicado na edição de 24 de janeiro de Ciência .

"Nosso trabalho demonstra novas maneiras de induzir a supercondutividade em grafeno de dupla camada torcida, em particular, alcançado pela aplicação de pressão, "disse Cory Dean, professor assistente de física na Universidade de Columbia e investigador principal do estudo. "Ele também fornece a primeira confirmação crítica dos resultados do MIT do ano passado - que o grafeno de duas camadas pode exibir propriedades eletrônicas quando torcido em um ângulo - e aumenta nossa compreensão do sistema, o que é extremamente importante para este novo campo de pesquisa. "

Em março de 2018, pesquisadores do Massachusetts Institute of Technology relataram uma descoberta inovadora de que duas camadas de grafeno podem conduzir eletricidade sem resistência quando o ângulo de torção entre elas é de 1,1 graus, referido como o "ângulo mágico".

Mas acertar esse ângulo mágico provou ser difícil. "As camadas devem ser torcidas em cerca de um décimo de grau em torno de 1,1, o que é experimentalmente desafiador, "Dean disse." Descobrimos que erros muito pequenos no alinhamento podem dar resultados totalmente diferentes. "

Dean e seus colegas, que incluem cientistas do National Institute for Materials Science e da University of California, Santa Barbara, começou a testar se as condições de ângulo mágico poderiam ser alcançadas em rotações maiores.

"Em vez de tentar controlar precisamente o ângulo, perguntamos se poderíamos, em vez disso, variar o espaçamento entre as camadas, "disse Matthew Yankowitz, um cientista pesquisador de pós-doutorado no departamento de física de Columbia e o primeiro autor do estudo. "Desta forma, qualquer ângulo de torção poderia, em princípio, ser transformado em um ângulo mágico. "

Eles estudaram uma amostra com ângulo de torção de 1,3 graus - apenas ligeiramente maior do que o ângulo mágico, mas ainda longe o suficiente para impedir a supercondutividade.

A aplicação de pressão transformou o material de um metal em um isolante - no qual a eletricidade não pode fluir - ou um supercondutor - onde a corrente elétrica pode passar sem resistência - dependendo do número de elétrons no material.

"Notavelmente, aplicando pressão de mais de 10, 000 atmosferas observamos o surgimento das fases isolante e supercondutora, "Dean disse. Além disso, a supercondutividade se desenvolve na temperatura mais alta observada no grafeno até agora, pouco mais de 3 graus acima do zero absoluto. "

Para atingir as altas pressões necessárias para induzir a supercondutividade, a equipe trabalhou em estreita colaboração com as instalações de usuários do National High Magnetic Field, conhecido como Maglab, em Tallahassee, Flórida.

"Este esforço foi um grande desafio técnico, "disse Dean." Depois de fabricar um dos dispositivos mais exclusivos com que já trabalhamos, então tivemos que combinar temperaturas criogênicas, campos magnéticos altos, e alta pressão - tudo isso enquanto mede a resposta elétrica. Juntar tudo isso foi uma tarefa difícil e nossa capacidade de fazê-lo funcionar é realmente um tributo à fantástica experiência do Maglab. "

Os pesquisadores acreditam que pode ser possível aumentar a temperatura crítica da supercondutividade ainda mais em pressões ainda mais altas. O objetivo final é um dia desenvolver um supercondutor que possa funcionar em condições de temperatura ambiente, e embora isso possa ser um desafio no grafeno, pode servir como um roteiro para atingir esse objetivo em outros materiais.

Andrea Young, professor assistente de física na UC Santa Barbara, um colaborador do estudo, disse que o trabalho demonstra claramente que comprimir as camadas tem o mesmo efeito que torcê-las e oferece um paradigma alternativo para manipular as propriedades eletrônicas do grafeno.

"Nossas descobertas relaxam significativamente as restrições que tornam difícil estudar o sistema e nos dá novos botões para controlá-lo, "Young disse.

Dean e Young estão agora torcendo e espremendo uma variedade de materiais atomicamente finos na esperança de encontrar a supercondutividade emergindo em outros sistemas bidimensionais.

"Entender 'por que' tudo isso está acontecendo é um desafio formidável, mas fundamental para, eventualmente, aproveitar o poder deste material - e nosso trabalho começa a desvendar o mistério, '"Dean disse.