Pulsos eléctricos cortos activan y desactivan la superconductividad en el grafeno de ángulo mágico

La superconductividad se puede activar y desactivar en el grafeno de "ángulo mágico" utilizando un pulso eléctrico corto, según un nuevo trabajo realizado por investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT). Hasta ahora, dicha conmutación solo podía lograrse mediante el barrido de un campo eléctrico continuo a través del material. El nuevo hallazgo podría ayudar en el desarrollo de nuevos componentes electrónicos superconductores, como elementos de memoria para su uso en circuitos bidimensionales (2D) basados ​​en materiales.

El grafeno es un cristal 2D de átomos de carbono dispuestos en un patrón de panal. Incluso por sí solo, este llamado "material maravilloso" cuenta con muchas propiedades excepcionales, incluida una alta conductividad eléctrica a medida que los portadores de carga (electrones y agujeros) atraviesan la red de carbono a velocidades muy altas.

En 2018, investigadores dirigidos por Pablo Jarillo Herrero del MIT descubrió que cuando dos hojas de este tipo se colocan una encima de la otra con un pequeño ángulo de desalineación, las cosas se vuelven aún más fascinantes. En esta configuración bicapa retorcida, las láminas forman una estructura conocida como superred de muaré, y cuando el ángulo de torsión entre ellas alcanza el "ángulo mágico" (teóricamente predicho) de 1.08°, el material comienza a mostrar propiedades como la superconductividad a bajas temperaturas. – es decir, conduce la electricidad sin ninguna resistencia.

En este ángulo, la forma en que los electrones se mueven en las dos hojas acopladas cambia porque se ven obligados a organizarse con la misma energía. Esto conduce a bandas electrónicas "planas", en las que los estados de los electrones tienen exactamente la misma energía a pesar de tener diferentes velocidades. Esta estructura de banda plana hace que los electrones no tengan dispersión, es decir, su energía cinética se suprime por completo y no pueden moverse en la red muaré. El resultado es que las partículas disminuyen su velocidad casi hasta detenerse y se localizan en posiciones específicas a lo largo de las láminas acopladas. Esto les permite interactuar fuertemente entre sí, formando los pares que son un sello distintivo de la superconductividad.

El equipo del MIT ahora ha descubierto una nueva forma de controlar el grafeno de ángulo mágico al prestar atención a su alineación cuando se intercala entre dos capas de nitruro de boro hexagonal (hBN, un aislante 2D). Los investigadores alinearon la primera capa de hBN exactamente con la hoja de grafeno superior, mientras que la segunda capa se desplazó en un ángulo de 30° con respecto a la hoja de grafeno inferior. Con esta disposición, pudieron diseñar un comportamiento biestable en el que el material puede permanecer en uno de dos estados electrónicos estables, lo que permite que su superconductividad se active o desactive con un breve pulso eléctrico.

"Sorprendentemente, esta biestabilidad coexiste sin alterar el comportamiento del grafeno de ángulo mágico", explica el autor principal. dalia klein. "Este sistema es un raro ejemplo de un interruptor discreto para activar y desactivar la superconductividad con solo un pulso eléctrico, algo que podría permitir que se use como un dispositivo de memoria superconductor no volátil".

El grafeno de ángulo mágico cambia de superconductor a ferromagnético

Tal elemento de memoria podría incorporarse en futuros circuitos basados ​​​​en materiales 2D, agrega.

Si bien los investigadores no están seguros de qué permite exactamente esta superconductividad conmutable, sospechan que está relacionado con la alineación especial del grafeno retorcido con ambas capas de hBN. El equipo ha visto biestabilidades similares antes en grafeno bicapa sin torcer alineado con sus capas de hBN intercaladas y, por lo tanto, espera resolver este rompecabezas en el trabajo futuro. "Hay un esfuerzo continuo entre los experimentalistas y los teóricos para identificar exactamente cómo estas alineaciones de hBN-grafeno dan lugar al comportamiento inesperado que hemos observado", dice Klein. Mundo de la física.

El trabajo se detalla en Naturaleza Nanotecnología.

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• Fuente: https://physicsworld.com/a/short-electrical-pulses-switch-superconductivity-on-and-off-in-magic-angle-graphene/