Fisici di Leida e colleghi internazionali di Ginevra e Barcellona hanno confermato il meccanismo che rende superconduttore il grafene ad angolo magico. Questo è un passo fondamentale per chiarire la superconduttività ad alta temperatura, un mistero vecchio di decenni centrale per la fisica, che possono portare a innovazioni tecnologiche.

I materiali ad angolo magico formano una sorprendente scoperta della fisica recente. "Prendi un foglio di grafene, " dice Sense Jan van der Molen, riferendosi al materiale bidimensionale fatto di atomi di carbonio in uno schema esagonale, "poi ci metti sopra un altro strato e giri quest'ultimo di 1 grado. In questo modo, improvvisamente ottieni un superconduttore."

Ad una temperatura di 1,7 Kelvin, Il grafene a doppio strato ritorto (tbg) conduce elettricità senza resistenza. Ora, Van der Molen, il suo collega di Leiden Milan Allan e colleghi internazionali hanno finalmente confermato il meccanismo alla base di questi affascinanti nuovi superconduttori.

Nel diario Fisica della natura , mostrano che la leggera torsione nel grafene fa sì che gli elettroni rallentino abbastanza da rilevarsi l'un l'altro. Ciò consente loro di formare le coppie di elettroni necessarie per la superconduttività.

Motivi moiré

Come può una svolta così piccola fare una differenza così grande? Questo è collegato ai motivi moiré, un fenomeno visto nel mondo di tutti i giorni. Ad esempio, quando due reticolati sono di fronte a un altro, si osservano ulteriori punti scuri e luminosi, causato dalla diversa sovrapposizione tra i modelli. Tali motivi moiré (dal francese moirer, piega) compaiono generalmente dove le strutture periodiche si sovrappongono imperfettamente.

Il grafene a doppio strato attorcigliato è proprio una situazione del genere:l'interazione tra i due reticoli di carbonio esagonali, leggermente contorto, fa emergere un motivo moiré esagonale molto più grande. Creando questa nuova periodicità, l'interazione tra gli elettroni cambia, producendo questi elettroni "lenti". In numerosi giornali, sono stati misurati chiari segni della superconduttività, ma il passaggio intermedio degli elettroni lenti è stato molto più difficile da definire.

Alla ricerca di patch

"Bisogna avere buoni campioni, " Van der Molen spiega il successo. Fortunatamente, i coautori di Barcellona sono noti per realizzare campioni di alta qualità. "Prossimo, devi sapere esattamente dove cercare." Anche in un buon campione, l'angolo di torsione corretto si ottiene solo in piccole chiazze di grafene a doppio strato.

Il microscopio elettronico a bassa energia (LEEM) di Van der Molen e il microscopio a effetto tunnel (STM) di Allan hanno aiutato a trovare esattamente quelle patch.

Quindi, un gruppo di Ginevra ha utilizzato nano-ARPES, una tecnica di imaging, per dimostrare il rallentamento degli elettroni. Allan:"Molti gruppi si sono sforzati di farlo. Solo un altro gruppo ci è riuscito, e hanno una pubblicazione parallela."

Rivelatori ipersensibili

Chiarire e poi ottimizzare questo tipo di superconduttività potrebbe portare anche a numerose applicazioni tecnologiche, che vanno dal trasporto di energia senza perdite ai rilevatori di luce ipersensibili.

Infatti, Michele di Dood, anche a Leida, è ora pioniere di tali rilevatori. Van der Molen:"È un lavoro fondamentale, ma teniamo gli occhi aperti anche per le candidature".