Cómo hacer que el maravilloso material del grafeno sea superconductor

Cuando se descubre un material, los científicos se apresuran a descubrir si puede o no ser superconductor. Esto se aplica particularmente a maravilloso material de grafeno. Ahora, un equipo internacional de investigadores ha revelado el mecanismo de paridad superconductora en grafeno dopado con calcio usando el método ARPES.

Los materiales superconductores muestran una valiosa característica cuando son enfriados a temperatura crítica, permitiéndoles transportar una corriente eléctrica sin pérdida. La superconductividad está basada en el hecho de que los electrones de ciertos materiales se pueden emparejar, a altas temperaturas, cuando de otra manera se repelerían. El grupo de investigadores se ha unido para desvelar el potencial mecanismo de acoplamiento superconductor del grafeno.

El grafeno, una fina capa de un sólo átomo de carbono de grosor se descubrió en 2004, y desde entonces es reconocido como una de las más increíbles y versátiles sustancias disponibles para la humanidad. El impacto del primer material real bidimensional es tan significativo que un premio Nobel fue otorgado a su descubrimiento. Hasta hace poco, no había trabajos experimentales de superconductividad del grafeno aunque sus parientes cercanos, grafito y fullereno, pueden tornarse superconductores mediante la introducción intencionada de electrones en el material (dopaje).

Con el fin de arrojar luz sobre la superconductividad del grafeno, los investigadores recurrieron al potente método de fotoemisión: cuando una partícula de luz interactúa con un material, esta puede transferir su energía a un electrón en el interior de ese material. Si la energía de la luz es lo suficientemente grande, el electrón adquiere suficiente energía para escapar del material. Determinando el ángulo bajo el cual escapan los electrones del material permite a los científicos para extraer valiosa información de las propiedades del electrón y las complejas interacciones de muchos cuerpos del material. Los investigadores emplearon esta técnica, llamada espectroscopía de fotoemisión resuelta en ángulo (ARPES), en el sincrotrón Elettra en Trieste, donde investigaron la interacción de series de electrones dopantes (Cs, Rb, K, Na, Li, Ca) con grafeno monocapa.

De acuerdo con los descubrimientos de los investigadores, el calcio es el candidato más prometedor para inducir la superconductividad en el grafeno a una temperatura crítica de 1,5 K. Esta temperatura crítica es bastante baja comparada con la de los fullerenos, los cuales son superconductores a 33 K. Sin emabargo, el grafeno ofrece varias enormes ventajas sobre otros muchos materiales. Ya que consiste solo en átomos de carbón organizados en capas individuales, es fácil que sea funcionalizado químicamente. Además, puede crecer en múltiples números de capas de átomos en varios órdenes de apilamiento y pueden ser dopados de diferentes maneras.

Via Universidad de Wein