Nei tre strati di grafene qui raffigurati, l'angolo di torsione locale può variare da circa 1,5 gradi (blu), vicino all'"angolo magico" per questo dispositivo, a circa 1,9 gradi (rosso). La freccia mostra un vortice dell'angolo di rotazione, o twiston. Queste aree di disturbo aiutano a rendere più ordinato l'intero dispositivo. Credito:Simon Turkel
La scoperta della superconduttività in due strati di grafene sempre leggermente contorti ha fatto scalpore alcuni anni fa nella comunità dei materiali quantistici. Con solo due fogli di carbonio sottili come un atomo, i ricercatori avevano scoperto un semplice dispositivo per studiare il flusso di elettricità privo di resistenza, tra gli altri fenomeni legati al movimento degli elettroni attraverso un materiale.
Ma l'angolo di torsione tra i due strati deve essere giusto, al cosiddetto angolo "magico" di 1,1 gradi, affinché i fenomeni possano essere osservati. Questo perché gli atomi negli strati vogliono resistere alla torsione e "rilassarsi" fino a un angolo zero, spiega Joshua Swann, un dottorato di ricerca. studente al Dean Lab della Columbia. Come gli angoli magici svaniscono, così fa la superconduttività.
L'aggiunta di un terzo strato di grafene migliora le probabilità di trovare la superconduttività, ma il motivo non era chiaro. Scrivere in Scienza , i ricercatori della Columbia rivelano nuovi dettagli sulla struttura fisica del grafene a tre strati che aiutano a spiegare perché tre strati sono meglio di due per studiare la superconduttività.
Utilizzando un microscopio in grado di acquisire immagini fino al livello dei singoli atomi, il team ha visto che gruppi di atomi in alcune aree si stavano accartocciando in quello che Simon Turkel, un dottorato di ricerca. studente del Pasupathy Lab, soprannominato "twistons". Questi twiston sono apparsi in modo ordinato, consentendo al dispositivo nel suo insieme di mantenere meglio gli angoli magici necessari affinché si verifichi la superconduttività.
È un risultato incoraggiante, ha affermato Swann, che ha costruito il dispositivo per lo studio. "Ho realizzato 20 o 30 dispositivi in grafene a doppio strato e ne ho visti forse due o tre superconduttori", ha detto. "Con tre livelli, puoi esplorare proprietà difficili da studiare nei sistemi a doppio strato".
Queste proprietà si sovrappongono a una classe di materiali complessi chiamati cuprati, che superconducono a una temperatura relativamente alta di -220 °F. Una migliore comprensione delle origini della superconduttività potrebbe aiutare i ricercatori a sviluppare fili che non perdano energia poiché conducono elettricità o dispositivi che non avranno bisogno di essere mantenuti a basse temperature costose.
In futuro, i ricercatori sperano di collegare ciò che vedono nelle loro scansioni con misurazioni del fenomeno quantistico in dispositivi a tre strati. "Se riusciamo a controllare questi twiston, che dipendono tutti dalla mancata corrispondenza dell'angolo tra gli strati superiore e inferiore del dispositivo, possiamo fare studi sistematici sui loro effetti sulla superconduttività", ha affermato Turkel. "È un'eccitante domanda aperta". + Esplora ulteriormente
