Una superred de moiré hBN/BLG/hBN superconductora a 14 K

El grafeno bicapa rotado con ángulo mágico es superconductor con una temperatura crítica de 1.7 kelvin, muy baja para aplicaciones prácticas. Sin embargo, este hito apunta a que la superconductividad en los materiales de Dirac con dopaje electrostático es ubicua y pronto se alcanzará una temperatura crítica de decenas de kelvin. Un primer ejemplo se publica en arXiv, una superred de moiré hBN/BLG/hBN con una temperatura crítica de 14 kelvin; para ello uno de las capas de hBN está rotada un pequeño ángulo (θ ~ 0º) respecto al grafeno bicapa. Por cierto, hBN es nitruro de boro hexagonal y BLG es grafeno bicapa convencional (sin rotar). Aún falta una teoría correcta que explique este fenómeno, pero incluso sin ella se puede progresar mucho. Un estudio experimental sistemático de este tipo de superredes de moiré promete desvelar ejemplos con temperaturas críticas aún más altas.

Lo más curioso de esta nueva superred es que no parece que sea relevante el ángulo mágico. Aunque futuros estudios tendrán que verificar esta interpretación de los autores. El artículo es Satoshi Moriyama, Yoshifumi Morita, …, Takashi Taniguchi, “Observation of superconductivity in bilayer graphene/hexagonal boron nitride superlattices,” arXiv:1901.09356 [cond-mat.supr-con].

La gran ventaja de la superconductividad en el grafeno bicapa rotado con ángulo mágico es que se logra con dopaje electrostático, luego apagar y encender el estado superconductor es tan fácil como usar un interruptor para la corriente. Comparte esta ventaja la nueva superred de moiré en la que el BLG está encapsulado entre dos capas de 30 nm de hBN, sobre una oblea de SiO2/Si; también han estudiado otra con una capa superior de hBN de 16 nm y una inferior de 20 nm. No han fabricado el dispositivo con suficiente precisión como para estimar el ángulo entre el BLG y una de las capas de hBN, por ello afirman que es un ángulo muy pequeño, pero no lo cuantifican. La nueva superred de hBN/BLG/hBN tiene cuatro contactos (terminales 1, 2, 3 y 4); la resistencia Rxx = R12,43 se mide al dividir la diferencia de potencial entre los terminales 1 y 2 entre la corriente eléctrica inyectada en los terminales 3 y 4; también se puede usar la resistencia Rxy = R13,42.

La figura que abre esta entrada muestra el estado superconductor para Rxx en función de la temperatura y el dopaje electrostáco. Se observa un domo con un máximo en unos 14 K para dopajes entre n ~ −3.2 × 1012 cm−2 y −3.6 × 1012 cm−2 (el signo es negativo porque se trata de dopaje con huecos). No se observa un estado de aislante fuertemente correlacionado (lo que en el grafeno bicapa con ángulo mágico se llamó un estado de Mott, pero que ahora no parece estar claro si esta interpretación era correcta).

Esta figura muestra la resistencia en función del campo magnético y el dopaje, la llamada curva de magnetorresistencia Rxx(B), a 10 K. Se observa que el domo superconductor resiste pequeños campos magnéticos perpendiculares al sustrato. Por supuesto, todos los resultados del nuevo artículo deben ser aceptados con cierto escepticismo hasta que no sean replicados de forma independiente. Máxime cuando los autores no han sido capaces de medir el ángulo de rotación (si es que lo hay) entre el BLG y una de las capas de hBN. Aún así, lo más relevante de este trabajo es que promete muchos resultados similares en los próximos meses (o años). La superconductividad en superredes con capas rotadas con ángulo mágico nos ofrecerá muchas sorpresas.



1 Comentario

  1. Este es uno de mis temas favoritos, así que gracias por publicarlo.
    Aunque esto no es una carrera, me gustaría saber qué línea de investigación consideras más prometedora para alcanzar superconductivad a temperatura ambiente (y presiones más o menos ambiente también): cupratos, pnicturos y calcogenuros de hierro, bismutos, fullerenos…
    Realmente sin una teoría que explica el (o los) mecanismos que provocan la superconductividad es una búsqueda algo “ciega”. Y modificar BCS, mediante un desarrollo mediante técnicas de supercuerdas o cualquier otra línea, sigue siendo una tarea realmente compleja.

    Saludos

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Por Francisco R. Villatoro
Publicado el ⌚ 6 febrero, 2019
Categoría(s): ✓ Ciencia • Física • Nanotecnología • Noticias • Physics • Science
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