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| José-Luis Olivares/MIT |
El grafeno ya ha demostrado ser un material extraño y maravilloso de muchas maneras diferentes, pero sus propiedades se vuelven aún más inusuales y exóticas cuando se tuerce, y dos nuevos estudios han dado a los científicos una mirada mucho más cercana a este fenómeno intrigante.
Cuando se juntan dos láminas de grafeno en ángulos ligeramente diferentes, el material resultante se vuelve muy efectivo para conducir la electricidad o muy efectivo para bloquearla. Se conoce como grafeno torcido de "ángulo mágico", y saber más sobre cómo y por qué sucede esto podría conducir a avances en superconductores de alta temperatura y computación cuántica.
Ahora, por primera vez, los científicos han trazado una estructura de grafeno torcida en su totalidad y con una resolución muy alta. También han podido hacer que los 'grafeno twistrónicos' funcionen con cuatro capas de grafeno o solo con dos.
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| Ilustración de dos hojas de grafeno, apiladas juntas en ángulo. (José-Luis Olivares / MIT) |
"Estos dos estudios tienen como objetivo comprender mejor el desconcertante comportamiento físico de los dispositivos twistrónicos de ángulo mágico", dice el físico Yuan Cao, del MIT.
"Una vez comprendidos, los físicos creen que estos dispositivos podrían ayudar a diseñar e diseñar una nueva generación de superconductores de alta temperatura, dispositivos topológicos para el procesamiento de información cuántica y tecnologías de baja energía".
Para construir su mapa de alta resolución de grafeno torcido en capas, los investigadores utilizaron una nueva técnica llamada escaneo nano-SQUID (Dispositivo de interferencia cuántica superconductora), capaz de detectar campos magnéticos a nanoescala. Es como poder ver una manzana y su ángulo en el horizonte: estamos hablando de un nivel considerable de detalles aquí.
Utilizando las lecturas tomadas del método de escaneo nano-SQUID, el equipo pudo experimentar con varios ángulos de giro diferentes para dos capas de grafeno, descubriendo que el ángulo de giro 'mágico' de 1.1 grados era mejor para el aislamiento o la superconductividad.
Lo que sucede cuando dos láminas de grafeno se superponen unas a otras en un ángulo ligeramente desalineado es que este ángulo crea un gradiente que induce la corriente: es un poco como dos capas de envoltura de plástico una encima de la otra. Sin embargo, cuanto más amplia es esa variación, menos dramática es la transformación física, observaron los científicos.
"Esta es la primera vez que se traza un dispositivo completo para ver cuál es el ángulo de giro en una región determinada del dispositivo", dice el físico Pablo Jarillo-Herrero, del MIT. "Y vemos que puedes tener un poco de variación y aún así mostrar superconductividad y otra física exótica, pero no puede ser demasiado".
"Ahora hemos caracterizado cuánta variación de giro puede tener, y cuál es el efecto de degradación de tener demasiado".
Aquí dejo un video que salió hoy en el canal de YouTube QuantumFracture. Es muy completo en cuanto a la información sobre el grafeno torcido (o virado, suena mejor en inglés "twisted").
Conocer esas variaciones y el efecto que tienen les da a los científicos la oportunidad de crear estructuras mejoradas de grafeno torcido en el futuro. Lo mismo ocurre con saber cómo se puede acumular grafeno en más capas, consigo mismo o con otros materiales.
Resulta que el grafeno de cuatro capas tenía las mismas propiedades exóticas que el grafeno de dos capas, cuando se torcía en el mismo ángulo de 1.1 grados. Sin embargo, con cuatro capas, los científicos podrían ajustar el aislamiento utilizando un campo eléctrico, algo que no es posible con solo dos capas.
La investigación en esta área apenas está comenzando, pero poder volver a sintonizar rápidamente una hoja de grafeno en capas podría tener todo tipo de aplicaciones en física y ciencia de materiales. Prepárate para escuchar mucho más sobre esto en el futuro.
"Todavía es muy temprano en el campo", dice Jarillo-Herrero. "Por el momento, la comunidad de la física todavía está fascinada por el fenómeno".
"Las personas fantasean sobre qué tipo de dispositivos podríamos hacer, pero nos damos cuenta de que aún es demasiado pronto y aún tenemos mucho que aprender sobre estos sistemas".