Tecnologia Científica

Em um mar de ângulos mágicos, 'torções' mantêm os elétrons fluindo através de três camadas de grafeno
Com apenas duas finas folhas de carbono, os pesquisadores descobriram um dispositivo simples para estudar o fluxo de eletricidade sem resistência, entre outros fenômenos relacionados ao movimento de elétrons através de um material.
Por Ellen Neff - 08/04/2022


Nas três camadas de grafeno descritas aqui, o ângulo de torção local pode variar de cerca de 1,5 graus (azul) - próximo ao "ângulo mágico" para este dispositivo - a cerca de 1,9 graus (vermelho). A seta mostra um vórtice de ângulo de torção, ou twiston. Essas áreas de desordem ajudam a tornar o dispositivo geral mais organizado. Crédito: Simon Turkel

A descoberta da supercondutividade em duas camadas levemente torcidas de grafeno causou ondas há alguns anos na comunidade de materiais quânticos. Com apenas duas finas folhas de carbono, os pesquisadores descobriram um dispositivo simples para estudar o fluxo de eletricidade sem resistência, entre outros fenômenos relacionados ao movimento de elétrons através de um material.

Mas, o ângulo de torção entre as duas camadas tem que ser o certo - no chamado ângulo "mágico" de 1,1 graus - para que os fenômenos sejam observados. Isso porque os átomos nas camadas querem resistir à torção e 'relaxar' ​​de volta a um ângulo zero, explica Joshua Swann, Ph.D. estudante no Dean Lab em Columbia. À medida que os ângulos mágicos desaparecem, a supercondutividade também desaparece.

Adicionar uma terceira camada de grafeno melhora as chances de encontrar supercondutividade, mas o motivo não é claro. Escrevendo na Science , pesquisadores da Columbia revelam novos detalhes sobre a estrutura física do grafeno de três camadas que ajudam a explicar por que três camadas são melhores que duas para estudar a supercondutividade.

Usando um microscópio capaz de obter imagens até o nível de átomos individuais, a equipe viu que grupos de átomos em algumas áreas estavam se transformando no que Simon Turkel, um Ph.D. estudante do Laboratório de Pasupatia, apelidado de "twistons". Esses twistons apareceram de forma ordenada, permitindo que o dispositivo como um todo mantivesse melhor os ângulos mágicos necessários para que a supercondutividade ocorresse.

É um resultado encorajador, disse Swann, que construiu o dispositivo para o estudo. "Eu fiz 20 ou 30 dispositivos de grafeno de duas camadas e vi talvez dois ou três que supercondutores", disse ele. "Com três camadas, você pode explorar propriedades difíceis de estudar em sistemas de duas camadas."

Essas propriedades se sobrepõem a uma classe de materiais complexos chamados cupratos, que superconduzem a uma temperatura relativamente alta de -220 ° F. Uma melhor compreensão das origens da supercondutividade pode ajudar os pesquisadores a desenvolver fios que não perderão energia enquanto conduzem eletricidade ou dispositivos que não precisarão ser mantidos em baixas temperaturas dispendiosas.

No futuro, os pesquisadores esperam vincular o que veem em suas varreduras com medições de fenômenos quânticos em dispositivos de três camadas. “Se pudermos controlar esses twistons, que dependem da incompatibilidade de ângulos entre as camadas superior e inferior do dispositivo, podemos fazer estudos sistemáticos de seus efeitos na supercondutividade ”, disse Turkel. "É uma questão em aberto emocionante."

 

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