Experiência desliga supercondutividade do grafeno de ângulo mágico

No interior de um dispositivo construído por cientistas do Instituto Nacional do Grafeno da Universidade de Manchester e colaboradores, um sistema de grafeno foi utilizado para fazer a blindagem de outro. À medida que a equipa aumentou a densidade de portadores na camada vizinha, a supercondutividade no grafeno de ângulo mágico enfraqueceu e depois desapareceu completamente.

O grafeno de ângulo mágico deve o seu nome à forma como duas folhas de grafeno são empilhadas com um desvio rotacional de cerca de 1,1 graus. Nesse ângulo, o material pode desenvolver estados eletrónicos invulgares, incluindo a supercondutividade, à medida que os eletrões formam pares. A questão central tem sido perceber o que faz esses pares formarem-se: as vibrações da rede atómica, chamadas fónons, ou as próprias interações entre os eletrões.

O novo dispositivo foi construído para enfraquecer essas interações entre eletrões sem fundir os dois sistemas. As suas bicamadas de grafeno torcido encontravam-se a menos de um nanómetro de distância, enquanto os investigadores conseguiram controlar as interações a distâncias tão curtas como 0,3 nanómetros. O aumento da densidade de portadores na camada vizinha reforçou progressivamente o efeito de blindagem. As medições mostraram que a temperatura crítica da supercondutividade podia diminuir mais de uma ordem de grandeza, enquanto o estado isolante correlacionado desaparecia nas mesmas condições.

O resultado afasta uma explicação simples baseada em fónons. Se os fónons fossem o principal fator, seria de esperar que o enfraquecimento das interações entre eletrões deixasse a supercondutividade praticamente inalterada ou até a reforçasse ligeiramente. Em vez disso, aconteceu o contrário. O professor Alexey Berdyugin, autor correspondente do estudo na Universidade Nacional de Singapura, afirmou que o resultado fornece provas experimentais claras de que as fortes interações eletrão-eletrão impulsionam a supercondutividade neste sistema. Os investigadores não afirmam ter identificado um mecanismo de emparelhamento definitivo; continuam a ser possíveis várias teorias que envolvem interações eletrónicas coletivas.

Por enquanto, o benefício concreto é uma ferramenta laboratorial mais discriminante, não um material à temperatura ambiente nem um dispositivo comercial. O estudo foi realizado a temperaturas tão baixas que, como observou o professor Sir Andre Geim, até o hélio se torna líquido. Mas, ao restringir as condições em que a supercondutividade pode surgir no grafeno de ângulo mágico, a experiência poderá ajudar os investigadores a estudar outros materiais com fortes interações, incluindo os supercondutores de alta temperatura. O estudo foi publicado na Physical Review X.