De ontdekking van supergeleiding in twee ooit zo licht gedraaide lagen grafeen veroorzaakte een paar jaar geleden golven in de gemeenschap van kwantummaterialen. Met slechts twee atoomdunne vellen koolstof hadden onderzoekers een eenvoudig apparaat ontdekt om de weerstandsvrije stroom van elektriciteit te bestuderen, naast andere verschijnselen die verband houden met de beweging van elektronen door een materiaal.

Maar de draaihoek tussen de twee lagen moet precies goed zijn - in de zogenaamde "magische" hoek van 1,1 graden - om de verschijnselen te kunnen waarnemen. Dat komt omdat atomen in de lagen de draaiing willen weerstaan ​​en terug 'ontspannen' naar een hoek van nul, legt Joshua Swann, een Ph.D. student in het Dean Lab in Columbia. Naarmate magische hoeken verdwijnen, verdwijnt ook supergeleiding.

Het toevoegen van een derde laag grafeen vergroot de kans op het vinden van supergeleiding, maar de reden was onduidelijk. Schrijven in Wetenschap , onthullen onderzoekers van Columbia nieuwe details over de fysieke structuur van drielaags grafeen die helpen verklaren waarom drie lagen beter zijn dan twee voor het bestuderen van supergeleiding.

Met behulp van een microscoop die in staat is om tot op het niveau van individuele atomen beelden te maken, zag het team dat groepen atomen in sommige gebieden opstegen tot wat Simon Turkel, een Ph.D. student in het Pasupathy Lab, genaamd 'twistons'. Deze twistons verschenen op een geordende manier, waardoor het apparaat als geheel beter de magische hoeken kon behouden die nodig zijn om supergeleiding te laten plaatsvinden.

Het is een bemoedigend resultaat, zei Swann, die het apparaat voor het onderzoek bouwde. "Ik heb 20 of 30 dubbellaagse grafeenapparaten gemaakt en misschien twee of drie gezien die supergeleidend waren", zei hij. "Met drie lagen kun je eigenschappen verkennen die moeilijk te bestuderen zijn in dubbellaagse systemen."

Die eigenschappen overlappen met een klasse van complexe materialen, de cupraten genaamd, die supergeleidend zijn bij een relatief hoge temperatuur van -220 ° F. Een beter begrip van de oorsprong van supergeleiding zou onderzoekers kunnen helpen bij het ontwikkelen van draden die geen energie verliezen omdat ze elektriciteit geleiden, of apparaten die niet op dure lage temperaturen hoeven te worden bewaard.

In de toekomst hopen onderzoekers wat ze zien in hun scans te koppelen aan metingen van kwantumverschijnselen in drielaagse apparaten. "Als we deze twistons kunnen controleren, die allemaal afhankelijk zijn van de hoekmismatch tussen de bovenste en onderste lagen van het apparaat, kunnen we systematische studies doen naar hun effecten op supergeleiding", zei Turkel. "Het is een spannende open vraag." + Verder verkennen

Studie verbetert het begrip van supergeleiding in met een magische hoek gedraaid drielaags grafeen