Los superconductores son materiales que pueden conducir electricidad con resistencia cero cuando se enfrían por debajo de una determinada temperatura crítica. Sin embargo, su uso generalizado está limitado por la necesidad de temperaturas extremadamente bajas. Los investigadores del Instituto Tecnológico de Tokio (Tokyo Tech) han investigado el impacto de la introducción del grafeno-calcio (Ca) de alta densidad (C 6 CaC 6), para conducir la electricidad con temperaturas críticas más altas.
Los materiales a base de grafeno son prometedores para los superconductores debido a sus propiedades únicas, como la transparencia óptica, la resistencia mecánica y la flexibilidad. El grafeno es una sola capa de átomos de carbono (C) dispuestos en una estructura de panal bidimensional. Entre estos materiales, el compuesto de grafeno-calcio (Ca) en C 6 CaC 6 exhibe la temperatura crítica más alta.
En este compuesto se introduce una capa de calcio entre dos capas de grafeno en un proceso llamado intercalación. Si bien este material ya tiene temperaturas críticas altas, algunos estudios han demostrado que las temperaturas críticas y la superconductividad pueden mejorarse aún más mediante la introducción de Ca de alta densidad.
C 6 CaC 6 se prepara cultivando dos capas de grafeno sobre un sustrato de carburo de silicio (SiC) seguido de la exposición a átomos de Ca, lo que conduce a la intercalación del grafeno-calcio entre las capas. Los investigadores prepararon diferentes muestras de C 6 CaC 6, con distintas densidades del grafeno-calcio, e investigaron sus propiedades electrónicas.
Aumento de las temperaturas críticas
Los resultados revelaron que la capa metálica interfacial formada entre la capa inferior de grafeno y un sustrato de carburo de silicio (SiC), a altas densidades de grafeno-calcio, conduce a la aparición de la singularidad de Van Hove (VHS), que puede mejorar la superconductividad del C 6 CaC 6.
Además, los investigadores también compararon las propiedades de las estructuras de C 6 CaC 6 con y sin la capa interfacial de Ca, revelando que la formación de esta capa conduce a un aumento de la temperatura crítica a través del VHS.
Además, descubrieron que la singularidad de Van Hove aumenta las temperaturas críticas a través de dos mecanismos. La primera es una interacción atractiva indirecta entre electrones y fonones (partículas asociadas con vibraciones) y la segunda es una interacción atractiva directa entre electrones y huecos (espacios vacíos que dejan los electrones en movimiento). Estos hallazgos sugieren que, al introducir Ca de alta densidad, se puede obtener superconductividad a temperaturas más altas, ampliando potencialmente la aplicabilidad del C 6 CaC 6 en diversos campos.
En general, los hallazgos experimentales de este estudio pueden conducir a superconductores C 6 CaC 6 con propiedades mejoradas y amplia aplicabilidad en campos críticos.