Superconductividad en bicapas giradas de grafeno estabilizadas por medio de WSe2

Avances en la física de la materia condensada revelan la existencia de estados cuánticos no previstos que generan nuevos materiales para aplicaciones electrónicas. En 2018, se descubrió una estructura predicha teóricamente y denominada bicapa de grafeno girada a un “ángulo mágico” (MATBG del inglés magic angle twisted bilayer graphene), en la que una de las capas está ligeramente girada en relación con la otra. Mediante este giro, la densidad electrónica puede ajustarse para producir materiales con propiedades aislantes, superconductoras o ferromagnéticas. 

Investigadores de EUA y Japón estudiaron un MATBG que consta de dos capas de grafeno (TBG) situadas entre dos capas de nitruro de boro hexagonal (hBN) que funcionan como aislantes. Las bicapas TBG se apilan de modo que la red hexagonal de una de ellas se encuentra girada a un ángulo de 1.1° (ángulo mágico) con respecto a la segunda capa. Juntas, ambas redes forman una estructura periódica con patrón de Moiré cuya celda unitaria es de 15 nm. En este trabajo, para asegurar mayor estabilidad y control en la sintonía de los estados electrónicos, se añadió una capa aislante de WSe₂ entre la bicapa TBG y la capa superior de hBN. La capa aislante estabilizó el comportamiento superconductor de la bicapa de grafeno a ángulos de giro menores que el ángulo mágico; en este caso a un ángulo de 0.79°. La alineación de la TBG con la de hBN resultó ser un factor crítico.  

Estos resultados afinan las explicaciones teóricas acerca de la aparición de superconductividad en estructuras de TBG y dan pie al diseño de fases cuánticas en los sistemas tipo Moiré así como a nuevas aportaciones al campo de nanomateriales electrónicos.

Los resultados se publicaron en la revista Nature.

Almacenamiento eficiente de energía mecánica en manojos de nanohilos de carbono

Un desafío en la investigación y el desarrollo de tecnología sobre energía renovable es incrementar la capacidad de almacenamiento y entrega eficiente de la energía.

Recientemente, se han reportado las excelentes propiedades mecánicas de los nanohilos de carbono (o nanohilos de diamante), que ofrecen una alternativa a los nanotubos de carbono usados para almacenamiento de energía mecánica de alta densidad.

Mediante la combinación de simulaciones de dinámica molecular de gran escala con la teoría de la elasticidad, investigadores de Australia y Singapur estudiaron la capacidad de almacenamiento de energía de manojos de nanohilos de carbono ultra-delgados bajo diferentes modos de deformación. Descubrieron teóricamente que, aunque los nanotubos de carbono individuales poseen mejores propiedades mecánicas que los nanohilos de diamante individuales, los manojos de nanohilos de diamante son estructuralmente más estables que los manojos de nanotubos de carbono, debido a que se pueden enrollar de manera más efectiva, almacenan más energía mecánica y la liberan con muy bajas pérdidas.

Encontraron que la densidad de energía gravimétrica del manojo de nanohilos puede alcanzar 1.76 MJ/kg bajo tensión pura, de 4 a 5 órdenes mayor que la de un resorte de acero y hasta tres veces más que las baterías de iones de litio. Los nanohilos de carbono, sus derivados, y la gran diversidad de sus configuraciones resultan de interés para establecer, teórica y experimentalmente, sus aplicaciones en el almacenamiento de la energía mecánica.

Los resultados se publicaron en Nature Communications.

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