Logrando superconductividad capa por capa
El grafeno es un material extraño. Comprender sus propiedades es una cuestión fundamental de la ciencia y una vía prometedora para las nuevas tecnologías. Un equipo de investigadores del Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria (ISTA) y el Instituto de Ciencias Weizmann han estudiado qué sucede cuando se superponen cuatro hojas y cómo esto puede conducir a nuevas formas de superconductividad exótica.
Imagine una hoja de material de una sola capa de átomos de espesor, menos de una millonésima de milímetro. Aunque suene fantástico, ese material existe: se llama grafeno y está formado por átomos de carbono en forma de panal. Sintetizado por primera vez en 2004 y pronto aclamado como una sustancia con características maravillosas, los científicos todavía están trabajando para comprenderlo. El postdoctorado Areg Ghazaryan y el Prof. Maksym Serbyn del Instituto Austriaco de Ciencia y Tecnología (ISTA) y sus colegas el Dr. Tobias Holder y el Prof. Erez Berg del Instituto de Ciencias Weizmann en Israel han estado estudiando el grafeno durante décadas y ahora lo han hecho. publicaron sus últimos hallazgos. sobre sus propiedades superconductoras en un artículo de investigación en la revista Physical Review B.
«El grafeno multicapa tiene muchas cualidades prometedoras que van desde una estructura de banda ampliamente sintonizable y propiedades ópticas especiales hasta nuevas formas de superconductividad, es decir, ser capaz de conducir corriente eléctrica sin resistencia», dice Ghazaryan. “En nuestro modelo teórico, continuamos nuestro trabajo en grafeno multicapa y examinamos varios arreglos posibles de diferentes hojas de grafeno una encima de la otra. Allí encontramos nuevas posibilidades para crear lo que se llama superconductividad topológica. En su estudio, los investigadores simularon en una computadora lo que sucede cuando se apilan unas pocas capas de láminas de grafeno una encima de la otra de cierta manera.
Un concurso de belleza electrónico
«Es como un gran concurso de belleza entre las diferentes configuraciones de hojas de grafeno apiladas para encontrar la mejor», agrega Serbyn. «En este artículo, examinamos el comportamiento de los electrones que se mueven a través del grafeno multicapa». Dependiendo de cómo las diferentes capas de grafeno estén compensadas entre sí y del número de capas, los núcleos nucleares cargados positivamente de los átomos de carbono en la red de panal crean diferentes entornos para los electrones que los rodean. Los electrones cargados negativamente son atraídos por los núcleos y repelidos entre sí. “Comenzamos estudiando modelos realistas considerando solo un único electrón interactuando con núcleos de grafeno. Una vez que encontramos un enfoque prometedor, agregamos las interacciones más complicadas entre muchos electrones”, dice Ghazaryan. Con este enfoque, los investigadores confirmaron la existencia de la forma exótica de superconductividad topológica.
En busca de los comentarios de la naturaleza
Este tipo de investigación teórica sienta las bases para futuros experimentos que crearán los sistemas de grafeno simulados en un laboratorio para ver si realmente se comportan como se esperaba. «Nuestro trabajo ayuda a los experimentadores a diseñar nuevas configuraciones sin tener que probar todas las configuraciones de capas de grafeno», dice Ghazaryan. «Ahora la investigación teórica continuará mientras los experimentos nos brindan retroalimentación de la naturaleza».
Si bien el grafeno ha encontrado lentamente aplicaciones en la investigación y la tecnología, por ejemplo, como nanotubos de carbono, su potencial como superconductor topológico para la electricidad apenas comienza a comprenderse. Serbyn agrega: «Esperamos algún día poder describir completamente este tipo de material al nivel de la mecánica cuántica, tanto por el valor inherente de la investigación científica sobre las características fundamentales de la materia como por las múltiples aplicaciones potenciales del grafeno».
