Experimento apaga la superconductividad del grafeno de ángulo mágico

En el interior de un dispositivo construido por científicos del Instituto Nacional del Grafeno de la Universidad de Manchester y sus colaboradores, un sistema de grafeno se utilizó para apantallar otro. A medida que el equipo aumentó la densidad de portadores en la capa vecina, la superconductividad del grafeno de ángulo mágico se debilitó y después desapareció por completo.

El grafeno de ángulo mágico recibe su nombre de la forma en que se apilan dos láminas de grafeno con un desfase rotacional de aproximadamente 1,1 grados. En ese ángulo, el material puede desarrollar estados electrónicos inusuales, incluida la superconductividad, cuando los electrones se emparejan. La cuestión central ha sido qué hace que se formen esos pares: las vibraciones de la red atómica, llamadas fonones, o las interacciones entre los propios electrones.

El nuevo dispositivo se construyó para debilitar esas interacciones electrónicas sin fusionar los dos sistemas. Sus bicapas de grafeno retorcidas estaban a menos de un nanómetro de distancia, mientras que los investigadores lograron controlar las interacciones a distancias de tan solo 0,3 nanómetros. El aumento de la densidad de portadores de la capa vecina reforzó progresivamente el efecto de apantallamiento. Las mediciones mostraron que la temperatura crítica superconductora podía caer más de un orden de magnitud, mientras que el estado aislante correlacionado desaparecía en las mismas condiciones.

El resultado se aleja de una explicación sencilla basada en fonones. Si los fonones fueran el principal impulsor, cabría esperar que debilitar las interacciones electrónicas dejara la superconductividad prácticamente sin cambios o incluso la reforzara ligeramente. Sin embargo, ocurrió lo contrario. El profesor Alexey Berdyugin, autor de correspondencia del estudio en la Universidad Nacional de Singapur, afirmó que el resultado proporciona pruebas experimentales claras de que las fuertes interacciones electrón-electrón impulsan la superconductividad en este sistema. Los investigadores no aseguran haber identificado un mecanismo de apareamiento definitivo; siguen siendo posibles varias teorías que implican interacciones electrónicas colectivas.

Por ahora, el beneficio concreto es una herramienta de laboratorio más precisa, no un material a temperatura ambiente ni un dispositivo comercial. El estudio se llevó a cabo a temperaturas tan bajas que, como señaló el profesor sir Andre Geim, incluso el helio se vuelve líquido. Pero al acotar las condiciones en las que puede surgir la superconductividad en el grafeno de ángulo mágico, el experimento podría ayudar a los investigadores a estudiar otros materiales con interacciones fuertes, incluidos los superconductores de alta temperatura. El estudio se publicó en Physical Review X.