נמצאה "משפחה" של מבני גרפן חזקים ומוליכי-על

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Em 2018, os cientistas do MIT descobriram que a estrutura de bicamada torcida poderia exibir supercondutividade robusta empilhando duas camadas de grafeno em um ângulo “mágico” específico. Um estado supercondutivo semelhante também foi encontrado no grafeno de três camadas torcidas.

O mesmo grupo descobriu que, empilhando quatro e cinco camadas de grafeno em um ângulo “mágico” específico, o torcido e empilhado exibem supercondutividade robusta em Baixas temperaturas. Esta descoberta demonstra várias configurações de grafeno como a primeira “família” conhecida de supercondutores multicamadas de ângulo mágico. A equipe também identificou semelhanças e diferenças entre os membros da família do grafeno.

O autor principal Jeong Min (Jane) Park, estudante de pós-graduação no Departamento de Física do MIT, disse: “A mágica -angle sistema de grafeno agora é uma ‘família’ legítima, além de alguns sistemas. Esta família é significativa porque fornece uma maneira de projetar supercondutores robustos.”

Os pesquisadores descobriram a supercondutividade e a estrutura de banda plana do grafeno de bicamada torcida, mas não ficou claro se o primeiro resultou do último.

O autor principal Jeong Min (Jane) Park, um estudante de pós-graduação no Departamento de Física do MIT, disse, “Não havia prova de que uma banda plana estrutura levou à supercondutividade. Outros grupos desde então produziram outras estruturas torcidas de outros materiais com alguma banda achatada, mas não tinham supercondutividade robusta. Então nos perguntamos: poderíamos produzir outro dispositivo supercondutor de banda plana?”

Um grupo da Universidade de Harvard considerou as questões e deduziu os cálculos matematicamente. Eles descobriram que três camadas de grafeno podem superconduzir quando torcidas a 1,6 graus. Eles também mostraram que não deve haver limite para o número de camadas de grafeno que exibem supercondutividade se empilhadas e torcidas da maneira certa nos ângulos previstos. Finalmente, eles provaram que poderiam relacionar matematicamente cada estrutura de multicamadas a uma estrutura de banda plana comum, provando que uma banda plana pode levar a uma supercondutividade robusta.

פארק אמר, “Eles trabalharam lá fora pode haver toda essa hierarquia de estruturas de grafeno, até camadas infinitas, que podem corresponder a uma expressão matemática semelhante para uma estrutura de banda plana.”

Neste novo estudo , a equipe procurou aumentar o número de camadas de grafeno. Duas novas estruturas foram criadas por eles usando quatro e cinco camadas de grafeno, respectivamente. Como o sanduíche de queijo de grafeno de três camadas torcidas, cada estrutura é empilhada alternadamente.

A equipe manteve as estruturas em uma geladeira abaixo de 1 kelvin (cerca de -273 graus Celsius), uma corrente elétrica através de cada estrutura , e mediram a saída sob várias condições, semelhantes aos testes para seus sistemas de bicamada e tricamada.

Eles descobriram que o grafeno torcido com quatro e cinco camadas também tinha supercondutividade robusta e uma banda plana. As respostas das estruturas a um campo magnético com força, ângulo e orientação variados também corresponderam às de seu equivalente de três camadas.

Esses experimentos mostraram que as estruturas de grafeno torcidas podem ser consideradas uma nova família ou classe de materiais supercondutores comuns. Os experimentos também sugeriram uma ovelha negra na família: a estrutura original de duas camadas torcidas, embora compartilhasse propriedades importantes, também mostrava diferenças sutis de seus irmãos. Por exemplo, os experimentos anteriores do grupo mostraram que a supercondutividade da estrutura quebrou sob campos magnéticos mais baixos e foi mais irregular à medida que a área girava em comparação com seus irmãos multicamadas.

Quando a equipe realizou simulações de cada tipo de estrutura, eles concluíram que a supercondutividade do grafeno de bicamada torcida desaparece sob certas condições magnéticas porque todas as suas camadas físicas existem em uma forma “não espelhada” dentro da estrutura.

Em contraste com seus irmãos multicamadas, que têm algum grau de simetria de espelho, o grafeno não contém nenhuma camada que seja oposta ao espelho uma da outra. Esses resultados implicam que a família do grafeno torcido compartilha um mecanismo comum que faz com que os elétrons fluam em um estado supercondutivo robusto.

Park observou, “Isso é muito importante. Sem saber disso, as pessoas podem pensar que o grafeno de bicamada é mais convencional em comparação com as estruturas de multicamadas. Mas mostramos que toda essa família pode ser de supercondutores robustos e não convencionais.”

עיון ביומן:

    )

      Park, JM, Cao, Y., Xia, LQ. et ai. Supercondutividade robusta na família de grafeno multicamada de ângulo mágico. Nat. Mater. (2022). DOI: 10.1038/s41563-022-01287-1

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