La superconduttività nei sistemi bidimensionali (2D) ha attirato molta attenzione negli ultimi anni, sia per la sua rilevanza per la nostra comprensione della fisica fondamentale sia per le potenziali applicazioni tecnologiche in dispositivi su scala nanometrica come gli interferometri quantistici, transistor superconduttori e qubit superconduttori.

La temperatura critica (Tc), o la temperatura alla quale un materiale agisce come superconduttore, è una preoccupazione essenziale. Per la maggior parte dei materiali, è compreso tra zero assoluto e 10 Kelvin, questo è, tra -273 Celsius e -263 Celsius, troppo freddo per essere di qualche utilità pratica. L'attenzione si è quindi concentrata sulla ricerca di materiali con un Tc più elevato.

Mentre i ricercatori hanno scoperto materiali che agiscono come superconduttori convenzionali a temperature fino a 250 K sotto pressione estrema, il record finora riportato tra i materiali 2D è compreso tra 7 e 12K in MoS ₂ secondo prove sperimentali e fino a 20 K in alcuni materiali 2D drogati e in metalli 2D intrinseci secondo modelli teorici. Le previsioni teoriche hanno posto una transizione superconduttiva a una temperatura superiore all'idrogeno liquido per alcuni allotropi di boro 2D realizzati di recente, ma questi materiali non possono essere ottenuti mediante esfoliazione da genitori 3-D legati da van der Waals e devono essere coltivati ​​direttamente su un substrato metallico. Ciò si traduce in interazioni relativamente forti che si prevede sopprimeranno la temperatura critica del superconduttore fino a soli 2 K in un campione supportato.

Parallelamente a questa ricerca di Tc più alto, i ricercatori hanno cercato materiali che combinassero proprietà topologiche non banali con la superconduttività. Questa ricerca è guidata sia dalla ricerca di stati esotici della materia, sia da una più profonda comprensione delle interazioni tra gli stati limite topologici e la fase superconduttiva.

Nel documento "Predizione della superconduttività mediata da fononi con alta temperatura critica nel semimetallo topologico bidimensionale W ₂ n ₃ " autori Nicola Marzari, capo del Laboratorio di Teoria e Simulazione dei Materiali dell'EPFL, scienziato Davide Campi e Ph.D. lo studente Simran Kumari usa i calcoli dei principi primi per identificare la superconduttività intrinseca nel monostrato W ₂ n ₃ , un materiale che è stato recentemente identificato come facilmente esfoliabile da un W . esagonale stratificato ₂ n ₃ massa dai calcoli, una teoria supportata anche da prove sperimentali. Trovano una temperatura critica di 21 K, questo è, appena sopra l'idrogeno liquido e una temperatura di transizione record per un superconduttore 2D mediato da fononi convenzionali.

Esaminano anche gli effetti della deformazione biassiale sugli accoppiamenti elettrone-fonone e prevedono una forte dipendenza della costante di accoppiamento elettrone-fonone, fare 2D W ₂ n ₃ una piattaforma molto promettente per studiare diversi regimi di interazione e testare i limiti delle attuali teorie della superconduttività. Finalmente, sostengono che il materiale potrebbe essere drogato in modo tale che gli stati del bordo elicoidale attualmente non occupati 0,5 eV sopra il livello di Fermi si riempiano, anche mentre la superconduttività persiste, anche se con una temperatura di transizione molto più bassa, rendendo W ₂ n ₃ un valido candidato per studiare e sfruttare la possibile coesistenza e interazioni dello stato superconduttore con stati limite topologicamente protetti.