Grafene, dimostrate le sue proprietà isolanti e superconduttive

Mentre i titoli sul grafene, catalogati da molti come materiale miracoloso, sono diminuiti, ciò non significa che la ricerca su questo materiale sia paralizzata. Al contrario, più questo viene esplorato, più emergono le sue sorprendenti caratteristiche. Un esempio di questa affermazione si riflette in due studi condotti dai ricercatori del Massachusetts Institute of Technology (MIT) e dell’Università di Harvard, i cui risultati mostrano che due fogli di grafene possono essere regolati per comportarsi in due estremi elettrici: isolante, in cui gli elettroni sono completamente bloccati; e come superconduttore, in cui la corrente elettrica può fluire senza resistenza.

L’interazione dei due strati dà origine a nuovi stati elettronici che, a seconda del numero di elettroni che contengono, hanno un effetto di isolamento elettrico o conducono elettricità senza alcuna resistenza.

In passato, i ricercatori sono stati in grado di sintetizzare i superconduttori del grafene mettendo il materiale in contatto con altri metalli superconduttori. Tuttavia, questa volta, hanno trovato un modo per creare il grafene in modo che sia, da solo, un superconduttore; il che dimostra che la superconduttività può essere una qualità intrinseca nel materiale puramente basato sul carbonio.

La ricerca

I fisici hanno raggiunto questo risultato creando una “super griglia” di due fogli di grafene sovrapposti, leggermente disallineati, con un angolo di 1,1 gradi. Come risultato, la caratteristica forma esagonale è sfalsata leggermente, creando una precisa quanto particolare configurazione correlata fortemente per indurre interazioni tra gli elettroni in fogli di grafene.

I ricercatori hanno scoperto che, quando i fogli di grafene vengono ruotati all’angolo specifico, questi mostrano un comportamento non conduttivo; tuttavia, quando gli scienziati provocano una tensione, hanno scoperto che, ad un certo livello, gli elettroni fuori dello stato isolante iniziale fluiscono senza resistenza, come attraverso un superconduttore.

Probabilmente il più sorprendente di questi risultati è che i ricercatori possono regolare il grafene fino a farlo comportare sia come isolante e come superconduttore e, ogni fase intermedia, presenta queste diverse proprietà in un unico dispositivo. Ciò è in contrasto con altri metodi, in cui gli scienziati hanno dovuto coltivare e manipolare centinaia di singoli cristalli, ognuno dei quali può comportarsi in una singola fase elettronica.

Il ricercatore Pablo Jarillo-Herrero, professore di fisica al MIT e co-autore dello studio, ha dichiarato: “Ora siamo in grado di utilizzare il grafene come una nuova piattaforma per indagare sulla superconduttività non convenzionale. Si può anche immaginare di realizzare un transistor superconduttore con grafene, che può alternare l’essere superconduttore e isolante. Questo apre molte possibilità, specialmente per i dispositivi quantici“.