Físicos do MIT observaram evidência direta de supercondutividade não convencional em grafeno trilaminar torcido em ângulo mágico, revelando uma lacuna de energia distinta em forma de V. Este avanço sugere emparelhamento de elétrons impulsionado por interações fortes em vez de vibrações da rede. As descobertas, publicadas na Science, podem abrir caminho para supercondutores em temperatura ambiente.
Supercondutores permitem que a eletricidade flua sem resistência, alimentando tecnologias como scanners de RM e aceleradores de partículas. No entanto, os convencionais exigem temperaturas extremamente baixas, limitando seu uso. Pesquisadores buscam materiais não convencionais que possam operar em condições mais quentes, potencialmente revolucionando redes de energia e computadores quânticos.
Em um avanço chave, físicos do MIT estudaram grafeno trilaminar torcido em ângulo mágico (MATTG), criado empilhando três folhas de grafeno com espessura atômica em um ângulo preciso. Essa configuração altera as propriedades do material, fomentando efeitos quânticos. Trabalhos anteriores sugeriram supercondutividade não convencional no MATTG, mas o novo estudo fornece a confirmação mais clara até agora.
A equipe mediu a lacuna supercondutora, que mostra a força do estado supercondutor. Diferente da lacuna suave e plana nos supercondutores convencionais, a lacuna do MATTG forma um V afiado, indicando um mecanismo diferente. "A lacuna supercondutora nos dá uma pista sobre que tipo de mecanismo pode levar a coisas como supercondutores em temperatura ambiente que eventualmente beneficiarão a sociedade humana," diz a coautora principal Shuwen Sun, estudante de pós-graduação no Departamento de Física do MIT.
Usando uma configuração inovadora que combina espectroscopia de tunelamento e medições de transporte elétrico, os pesquisadores confirmaram que a lacuna aparece apenas em resistência zero, o marco da supercondutividade. À medida que temperaturas e campos magnéticos mudavam, o formato V persistia, apontando para pares de elétrons fortemente ligados como moléculas.
"Em supercondutores convencionais, os elétrons nesses pares estão muito distantes uns dos outros e fracamente ligados," explica a coautora principal Jeong Min Park, PhD '24. "Mas no grafeno em ângulo mágico, já podíamos ver sinais de que esses pares estão muito fortemente ligados, quase como uma molécula."
Esse emparelhamento provavelmente decorre de interações eletrônicas fortes, não de vibrações atômicas. A descoberta se baseia em experimentos de 2018 do grupo do autor sênior Pablo Jarillo-Herrero, que lançou a twistronics—um campo que explora materiais ultra-finos torcidos.
"Entender bem um supercondutor não convencional pode desencadear nossa compreensão dos demais," diz Jarillo-Herrero, o Professor Cecil and Ida Green de Física no MIT. "Essa compreensão pode guiar o design de supercondutores que funcionem em temperatura ambiente, por exemplo, que é tipo o Santo Graal de todo o campo."
A equipe planeja aplicar sua técnica a outros materiais 2D, visando descobrir novas fases quânticas e avançar tecnologias como sistemas de energia eficientes e computação quântica. A pesquisa aparece na Science (DOI: 10.1126/science.adv8376).