I ricercatori del MIT hanno riscontrato prove chiave di superconduttività non convenzionale nel grafene ad angolo magico. I risultati potrebbero aprire la strada a nuove forme di superconduttori ad alta temperatura.
I fisici del MIT hanno riportato prove chiave della superconduttività non convenzionale nel grafene a tre strati ritorto “ad angolo magico” (MATTG), un materiale ottenuto impilando tre fogli di grafene dello spessore di un atomo con un’angolazione specifica, o torsione, che consente l’emergere di proprietà esotiche. La scoperta potrebbe contribuire a sviluppare nuove forme di superconduttori ad alta temperatura.
In particolare, i ricercatori sono riusciti a misurare il gap superconduttivo del MATTG, una proprietà che descrive la resilienza dello stato superconduttivo di un materiale a determinate temperature. Hanno scoperto che il gap superconduttivo del MATTG appare molto diverso da quello del tipico superconduttore, il che significa che anche il meccanismo attraverso il quale il materiale diventa superconduttivo deve essere diverso e non convenzionale.
“Esistono molti meccanismi diversi che possono portare alla superconduttività nei materiali. Il gap superconduttivo ci fornisce un indizio sul tipo di meccanismo che può portare a cose come i superconduttori a temperatura ambiente, che alla fine porteranno benefici alla società umana” spiega Shuwen Sun, coautore principale dello studio e studente laureato presso il Dipartimento di Fisica del MIT.
I ricercatori del MIT hanno fatto la loro scoperta utilizzando una nuova piattaforma sperimentale che permette loro di “osservare” essenzialmente il gap superconduttivo, mentre la superconduttività emerge nei materiali bidimensionali, in tempo reale. Intendono applicare la piattaforma per indagare ulteriormente il MATTG e mappare il gap superconduttivo in altri materiali 2D, uno sforzo che potrebbe rivelare candidati promettenti per le tecnologie future.
Il grafene superconduttore non convenzionale
Il grafene è un materiale costituito da un singolo strato di atomi di carbonio collegati tra loro in uno schema esagonale simile alla rete metallica. Un foglio di grafene può essere isolato esfoliando con cura una scaglia sottile quanto un atomo da un blocco di grafite (lo stesso materiale della mina di una matita). Negli anni 2010, i teorici avevano previsto che se due strati di grafene fossero stati impilati con un’angolazione molto particolare, la struttura risultante avrebbe dovuto essere in grado di avere un comportamento elettronico insolito.
Nei superconduttori convenzionali, gli elettroni si accoppiano attraverso le vibrazioni del reticolo atomico circostante, che di fatto urtano le particelle, ma gli scienziati sospettano che nel MATTG possa essere all’opera un meccanismo diverso. “In questo sistema di grafene ad angolo magico, ci sono teorie che spiegano che l’accoppiamento probabilmente deriva da forti interazioni elettroniche piuttosto che da vibrazioni del reticolo Ciò significa che gli elettroni stessi si aiutano a vicenda ad accoppiarsi, formando uno stato superconduttore con una simmetria speciale” ipotizza il coautore Jeong Min Park.
Foto: Sampson Wilcox and Emily Theobald, MIT RLE
