I ricercatori dell’Università di Toronto e del Massachusetts Institute of Technology hanno scoperto un modo per creare nuove versioni atomicamente sottili di quasicristalli – una classe enigmatica di materiali – che mostrano superconduttività.
Immagine di un quasicristallo moiré, colonna centrale, creata da tre fogli sovrapposti di grafene atomicamente sottile. Credito immagine: Sergio C. de la Barrera / Università di Toronto
Il lavoro di Sergio C. de la Barrera, un professore assistente presso il dipartimento di fisica dell’Università di T, e i suoi colleghi del MIT promettono di rilanciare l’interesse per i quasicristalli creando una nuova piattaforma per ulteriori ricerche. Ciò, a sua volta, potrebbe portare a nuove conoscenze fisiche e ad importanti applicazioni come dispositivi elettronici più efficienti.
Recentemente pubblicato in Natura, la ricerca e riunisce due campi precedentemente non collegati: “quasicristalli” e “twistronics”.
“È davvero straordinario che il campo della twistronica continui a creare connessioni inaspettate con altri settori della fisica e della chimica, in questo caso il bellissimo ed esotico mondo dei cristalli quasiperiodici”, afferma Pablo Jarillo-Herrero, professore di fisica di Cecil e Ida Green al MIT che ha aperto la strada al campo della twistronics solo cinque anni fa.
“Non comprendiamo ancora appieno il sistema. Ci sono ancora parecchi misteri.”
Aviram Uri del MIT, a sinistra, e Sergio C. de la Barrera dell’U of T fanno parte di un team che ha ricavato la superconduttività da un’enigmatica classe di materiali noti come quasicristalli. Foto di Eva Cheung / Università di Toronto
Twistronics prevede il posizionamento di strati atomicamente sottili di materiali uno sopra l’altro. Ruotare o torcere uno o più strati con una leggera angolazione crea un motivo unico chiamato superreticolo moiré. E un effetto moiré, a sua volta, ha un impatto sul comportamento degli elettroni.
“Cambia lo spettro dei livelli di energia a disposizione degli elettroni e può fornire le condizioni per il verificarsi di fenomeni interessanti”, afferma de la Barrera, uno dei quattro co-autori del recente articolo che ha condotto il lavoro mentre era associato post-dottorato al MIT. .
Un sistema moiré può anche essere adattato a comportamenti diversi modificando il numero di elettroni aggiunti al sistema. Di conseguenza, il campo della twisttronica è esploso negli ultimi cinque anni poiché i ricercatori di tutto il mondo l’hanno applicata alla creazione di nuovi materiali quantistici atomicamente sottili.
Nel lavoro attuale, i ricercatori stavano armeggiando con un sistema moiré composto da tre fogli di grafene. Il grafene è composto da un singolo strato di atomi di carbonio disposti in esagoni che ricordano una struttura a nido d’ape. In questo caso, il team ha sovrapposto tre fogli di grafene, ma ha attorcigliato due fogli con angolazioni leggermente diverse.
Con loro sorpresa, il sistema ha creato un quasicristallo, una classe insolita di materiale scoperta negli anni ’80. Come suggerisce il nome, i quasicristalli sono una via di mezzo tra un cristallo come un diamante, che ha una struttura che si ripete regolarmente, e un materiale amorfo come il vetro, “dove gli atomi sono tutti confusi o disposti in modo casuale”, afferma de la Barrera.
In poche parole, i quasicristalli “hanno schemi davvero strani”, dice de la Barrera.
Rispetto ai cristalli e ai materiali amorfi, tuttavia, sui quasicristalli si sa relativamente poco. Ciò è in parte dovuto al fatto che sono difficili da realizzare.
“Ciò non significa che non siano interessanti; significa semplicemente che non abbiamo prestato loro molta attenzione, in particolare alle loro proprietà elettroniche”, afferma de la Barrera, aggiungendo che il quasicristallo relativamente semplice creato dagli autori dello studio potrebbe essere utilizzato da altri ricercatori come piattaforma per far avanzare la ricerca campo.
Poiché i ricercatori originali non erano esperti di quasicristalli, hanno contattato il professor Ron Lifshitz dell’Università di Tel Aviv, un coautore che ha aiutato il team a capire meglio ciò che stavano guardando, quello che chiamano un quasicristallo moiré.
I fisici hanno quindi sintonizzato un quasicristallo moiré per renderlo superconduttore, ovvero trasmettere corrente senza alcuna resistenza al di sotto di una certa bassa temperatura. Questo è importante perché i dispositivi superconduttori potrebbero trasferire la corrente attraverso dispositivi elettronici in modo molto più efficiente di quanto sia possibile oggi, ma il fenomeno non è ancora del tutto compreso in tutti i casi.
Il team ha anche trovato prove di rottura della simmetria, un fenomeno che “ci dice che gli elettroni interagiscono tra loro in modo molto forte”, afferma de la Barrera. “E come fisici e scienziati dei materiali quantistici, vogliamo che i nostri elettroni interagiscano tra loro perché è lì che avviene la fisica esotica.”
Alla fine, “attraverso discussioni in tutti i continenti siamo stati in grado di decifrare questa cosa, e ora crediamo di avere una buona idea di cosa sta succedendo”, afferma Aviram Uri, co-primo autore dell’articolo e ricercatore del MIT Pappalardo e VATAT. borsista post-dottorato, anche se osserva che “non comprendiamo ancora appieno il sistema. Ci sono ancora parecchi misteri.”
La parte migliore della ricerca è stata “risolvere il puzzle di ciò che avevamo effettivamente creato”, afferma de la Barrera. “Ci aspettavamo [something else]quindi è stata una sorpresa molto piacevole quando ci siamo resi conto che in realtà stavamo guardando qualcosa di molto nuovo e diverso”.
Fonte: Università di Toronto
Da un’altra testata giornalistica. news de www.technology.org
