Superconductividad capa a capa
Nueva superconductividad topológica en láminas de grafeno multicapa
El grafeno es un material extraño. Comprender sus propiedades es tanto una cuestión fundamental de la ciencia como una vía prometedora para nuevas tecnologías. Un equipo de investigadores del Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria (ISTA) y el Instituto Weizmann de Ciencias ha estudiado qué ocurre cuando superponen cuatro láminas de este material y cómo esto puede conducir a nuevas formas de superconductividad exótica.
Resultado de las simulaciones de capas de grafeno apiladas. La imagen muestra la llamada curvatura de Berry, que confirma el carácter topológico de la superconductividad.
Areg Ghazaryan
Imaginemos una lámina de material de una sola capa de átomos de grosor, menos de una millonésima de milímetro. Aunque suene fantástico, ese material existe: se llama grafeno y está hecho de átomos de carbono dispuestos en forma de panal. Sintetizado por primera vez en 2004 y pronto aclamado como una sustancia con características maravillosas, los científicos siguen trabajando para comprenderlo. El postdoctorando Areg Ghazaryan y el profesor Maksym Serbyn del Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria (ISTA), junto con sus colegas el Dr. Tobias Holder y el profesor Erez Berg del Instituto Weizmann de Ciencia de Israel, llevan años estudiando el grafeno y ahora han publicado 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, desde una estructura de bandas ampliamente sintonizable y propiedades ópticas especiales hasta nuevas formas de superconductividad, es decir, la capacidad de conducir corriente eléctrica sin resistencia", explica Ghazaryan. "En nuestro modelo teórico, seguimos trabajando en el grafeno multicapa y estudiamos varias disposiciones posibles de distintas láminas de grafeno superpuestas. Ahí encontramos nuevas posibilidades para crear la llamada superconductividad topológica". En su estudio, los investigadores simularon en un ordenador lo que ocurre cuando se apilan unas cuantas capas de láminas de grafeno unas sobre otras de determinadas maneras.
Un concurso de belleza de electrones
"Es como un gran concurso de belleza entre las distintas configuraciones de hojas de grafeno apiladas para encontrar la mejor", añade Serbyn. "En él, estamos observando cómo se comportan los electrones que se mueven en el grafeno multicapa". Dependiendo de cómo se desplacen las distintas capas de grafeno entre sí y de cuántas capas haya, los núcleos nucleares cargados positivamente de los átomos de carbono de la red en forma de panal crean distintos entornos para los electrones que los rodean. Los electrones cargados negativamente son atraídos por los núcleos y repelidos entre sí. "Empezamos investigando modelos realistas considerando un solo electrón interactuando con los núcleos del grafeno. Una vez que encontramos un enfoque prometedor, añadimos las interacciones más complicadas entre muchos electrones", explica Ghazaryan. Con este enfoque, los investigadores confirmaron la aparición de la forma exótica de superconductividad topológica.
En busca de la respuesta 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 predijo. "Nuestro trabajo ayuda a los experimentadores a diseñar nuevos montajes sin tener que probar todas las configuraciones de capas de grafeno", afirma Ghazaryan. "Ahora, la investigación teórica continuará mientras los experimentos nos darán información de la naturaleza".
Aunque el grafeno ha ido encontrando poco a poco aplicaciones en la investigación y la tecnología -por ejemplo, como nanotubos de carbono-, su potencial como superconductor topológico para la electricidad apenas empieza a comprenderse. Serbyn añade: "Esperamos poder describir algún día completamente este tipo de material a nivel de mecánica cuántica, tanto por el valor inherente a la investigación científica de las características fundamentales de la materia como por las muchas aplicaciones potenciales del grafeno."
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
A. Ghazaryan, T. Holder, E. Berg, and M. Serbyn. 2023. Multilayer graphenes as a platform for interaction-driven physics and topological superconductivity. Physical Review B.
Más noticias del departamento ciencias
Reciba la química en su bandeja de entrada
No se pierda nada a partir de ahora: Nuestro boletín electrónico de química, análisis, laboratorio y tecnología de procesos le pone al día todos los martes y jueves. Las últimas noticias del sector, los productos más destacados y las innovaciones, de forma compacta y fácil de entender en su bandeja de entrada. Investigado por nosotros para que usted no tenga que hacerlo.
