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Jan 07, 2024

Estudo: Supercondutividade liga e desliga em 'mágica'

30 de janeiro de 2023 Este

30 de janeiro de 2023

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por Jennifer Chu, Instituto de Tecnologia de Massachusetts

Com algumas torções e empilhamentos cuidadosos, os físicos do MIT revelaram uma propriedade nova e exótica no grafeno de "ângulo mágico": a supercondutividade que pode ser ligada e desligada com um pulso elétrico, muito parecido com um interruptor de luz.

A descoberta pode levar a transistores supercondutores ultrarrápidos e energeticamente eficientes para dispositivos neuromórficos – eletrônicos projetados para operar de maneira semelhante ao rápido disparo liga/desliga de neurônios no cérebro humano.

O grafeno de ângulo mágico refere-se a um empilhamento muito particular de grafeno - um material com espessura de átomo feito de átomos de carbono que estão ligados em um padrão hexagonal semelhante ao arame de galinha. Quando uma folha de grafeno é empilhada sobre uma segunda folha em um ângulo "mágico" preciso, a estrutura torcida cria um padrão "moiré" ligeiramente deslocado, ou superlattice, que é capaz de suportar uma série de comportamentos eletrônicos surpreendentes.

Em 2018, Pablo Jarillo-Herrero e seu grupo no MIT foram os primeiros a demonstrar grafeno de bicamada torcido em ângulo mágico. Eles mostraram que a nova estrutura de bicamada poderia se comportar como um isolante, muito parecido com a madeira, quando aplicado um certo campo elétrico contínuo. Quando eles aumentaram o campo, o isolador de repente se transformou em um supercondutor, permitindo que os elétrons fluíssem sem atrito.

Essa descoberta deu origem à "twistronics", um campo que explora como certas propriedades eletrônicas emergem da torção e camadas de materiais bidimensionais. Pesquisadores, incluindo Jarillo-Herrero, continuaram a revelar propriedades surpreendentes no grafeno de ângulo mágico, incluindo várias maneiras de alternar o material entre diferentes estados eletrônicos. Até agora, esses "interruptores" agiram mais como dimmers, pois os pesquisadores devem aplicar continuamente um campo elétrico ou magnético para ativar a supercondutividade e mantê-la ligada.

Agora, Jarillo-Herrero e sua equipe mostraram que a supercondutividade no grafeno de ângulo mágico pode ser ativada e mantida com apenas um pulso curto, em vez de um campo elétrico contínuo. A chave, eles descobriram, era uma combinação de torcer e empilhar.

Em um artigo publicado hoje na Nature Nanotechnology, a equipe relata que, ao empilhar grafeno de ângulo mágico entre duas camadas compensadas de nitreto de boro - um material isolante bidimensional - o alinhamento exclusivo da estrutura do sanduíche permitiu que os pesquisadores transformassem a supercondutividade do grafeno em e desligar com um pulso elétrico curto.

"Para a grande maioria dos materiais, se você remover o campo elétrico, zzzzip, o estado elétrico desaparece", diz Jarillo-Herrero, que é o Cecil e Ida Green Professor de Física no MIT. "Esta é a primeira vez que foi feito um material supercondutor que pode ser ligado e desligado eletricamente, abruptamente. Isso pode abrir caminho para uma nova geração de componentes eletrônicos supercondutores baseados em grafeno".

Seus co-autores do MIT são os principais autores Dahlia Klein, Li-Qiao Xia e David MacNeill, juntamente com Kenji Watanabe e Takashi Taniguchi do Instituto Nacional de Ciência de Materiais no Japão.

Em 2019, uma equipe da Universidade de Stanford descobriu que o grafeno de ângulo mágico poderia ser forçado a um estado ferromagnético. Os ferromagnetos são materiais que retêm suas propriedades magnéticas, mesmo na ausência de um campo magnético aplicado externamente.

Os pesquisadores descobriram que o grafeno de ângulo mágico pode exibir propriedades ferromagnéticas de uma maneira que pode ser ligada e desligada. Isso aconteceu quando as folhas de grafeno foram colocadas entre duas folhas de nitreto de boro, de modo que a estrutura cristalina do grafeno estivesse alinhada a uma das camadas de nitreto de boro.