Uma combinação sem precedentes de estados supercondutores foi encontrada no grafeno multicamada com uma estrutura romboédrica.
Resistência longitudinal (cor) em função da densidade de elétrons (x eixo) e tensão aplicada (y eixo). As regiões azuis escuras, SC1, SC2 e SC3, indicam onde a resistência desapareceu – isto é, onde os elétrons formam estados supercondutores.
Resistência longitudinal (cor) em função da densidade de elétrons (x eixo) e tensão aplicada (y eixo). As regiões azuis escuras, SC1, SC2 e SC3, indicam onde a resistência desapareceu – isto é, onde os elétrons formam estados supercondutores.
Os cristais feitos de algumas camadas de grafeno são ainda mais intrigantes do que o authentic de camada única. Uma receita para fazê -los é mudar cada camada recém -empilhada de lado em um terço da largura da célula unitária. Isso é chamado abc O empilhamento se repete a cada três camadas em um padrão que se assemelha a um rhombohedron. A supercondutividade foi descoberta no grafeno romboédrico há quatro anos (1). Agora, Lengthy Ju do MIT e seus colaboradores encontraram dois novos estados supercondutores no materials (2). Cada estado exibe quiralidade e magnetismo – uma combinação de propriedades que nunca foram vistas antes em um supercondutor. Os resultados sugerem que os pesquisadores podem estar se aproximando da chamada supercondutividade topológica, um tipo de estado eletrônico que pode ser útil em computadores quânticos futuros e com menos erro. “(O grafeno de Rhombohedral) é provavelmente o melhor candidato a um supercondutor topológico descoberto”, diz a física Andrea Younger, da Universidade da Califórnia, Santa Barbara, que não estava envolvida no estudo.
O interesse em rébiléneo de grafeno decorre da forma de suas bandas. Enquanto as bandas de condução e valência de grafeno de camada única se encontram acentuadamente em um ponto, abc O empilhamento divide os pontos e achata as bandas. Os elétrons que ocupam uma banda plana compartilham a mesma energia baixa, independentemente de seu momento. As interações entre esses elétrons lentos são relativamente mais fortes do que as de elétrons que ocupam as bandas mais nítidas características dos semicondutores. No grafeno romboédrico, a combinação de bandas planas, simetrias de cristal e regras de ocupação de elétrons cria uma paisagem ondulada e dependente de rotação, onde podem surgir vários fenômenos eletrônicos coletivos. Os experimentadores têm duas maneiras principais de pastorear os elétrons dentro dessa paisagem. Primeiro, eles podem injetar elétrons adicionais no cristal, o que aumenta a densidade e empurra elétrons em locais de alta energia. Segundo, os pesquisadores podem aplicar uma tensão no cristal, elevando e achatando a própria paisagem.
Ju e seus colaboradores seguiram essa abordagem dupla, que já permitiu a eles e a outros descobrirem supercondutividade, ferromagnetismo e o efeito do salão anômalo quântico fracionário no grafeno romboédrico. A equipe criou amostras de 4 e 5 camadas de grafeno romboédrico e as equipou com eletrodos. Eles mediram a resistência e descobriram que ela desapareceu para três regiões separadas no espaço de parâmetros do campo elétrico aplicado e densidade de elétrons injetados. Essas regiões – que a equipe rotularam SC1, SC2 e SC3 – não foram identificadas em estudos anteriores de supercondutividade no grafeno romboédrico.
Para explorar esses novos estados supercondutores, os pesquisadores se concentraram no tipo de emparelhamento de elétrons em cada região. Os pares de elétrons são caracterizados por sua rotação complete S e seu momento angular orbital L. Como um par de elétrons é composto de dois férmions spin-1/2, o valor de S é 0 ou 1. E porque a função de onda do par é antissimétrica, o valor de L depende de S: Se S = 0, L deve ser um número inteiro uniforme; se S = 1, L Deve ser um número inteiro estranho. Uma combinação particularmente interessante é S = 1 e L = 1, como esse estado seria quiral. A quiralidade neste caso não está relacionada a uma simetria do espelho (como nas estruturas canhotas e destras), mas envolve a simetria do tempo-reverso: a direção do momento angular orbital muda o sinal quando a variável de tempo é executada para trás.
Para determinar o S e L Valores nos três estados supercondutores, Ju e seus colaboradores realizaram uma série de testes. A aplicação de um campo magnético perpendicular modesto de 0,1 tesla
Não é possível medir L diretamente, mas os pesquisadores descobriram fortes evidências de que L é diferente de zero em SC1 e SC2. Por um lado, eles observaram a histerese na resistência de suas amostras como um campo magnético aplicado foi varrido entre valores de –0,1 e +0,1 T. Essa histerese indica ferromagnetismo nos estados SC1 e SC2. Além disso, a resistência do estado metálico vizinho exibiu um efeito de salão a 0 T, ou seja, um efeito anômalo do salão. Tanto o ferromagnetismo quanto o efeito anômalo do salão são manifestações de elétrons com momento orbital diferente de zero.
O fato de SC1 e SC2 serem magnéticos e Chiral sugere que o acoplamento entre os elétrons pode ser diferente daquele em supercondutores mais convencionais. De fato, se o acoplamento aproximar os elétrons emparelhados um ao outro, eles poderão formar um estado de supercondutor topológico. A assinatura da supercondutividade topológica seria os modos Majorana – estados topológicos coletivos de subustos que se prevêem residir ao longo das bordas desses materiais. No entanto, os elétrons emparelhados podem estar muito próximos; nesse caso, não podem formar um estado topológico. A partir da dependência da resistência longitudinal de um campo magnético perpendicular, Ju e seus colaboradores podem inferir o tamanho dos pares de elétrons em SC1 e SC2. Dos dois, é menos provável que o SC1 seja topológico que o SC2, mas nenhum deles está dentro do limite “muito próximo”, diz Ju.
Mesmo se nem o SC1 nem o SC2 são topológicos, eles são, no entanto, únicos. “SC1 e SC2 são fenomenologicamente distintos de todos os outros supercondutores, o que é uma coisa notável, dada a longa história da supercondutividade”, diz Ju.
O materials com a supercondutividade mais alta de temperatura à pressão ambiente recebeu menos atenção do que seus parentes mais fáceis de preparar-até agora. Leia mais »
