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(Proyector de Nanowerk) Investigadores del Instituto Nacional del Grafeno (NGI) de la Universidad de Manchester (Reino Unido) han desarrollado un nuevo método para fabricar materiales a granel intercalados, que consisten en capas atómicamente delgadas con propiedades electrónicas muy diferentes, desde aislantes hasta superconductoras.
Las simulaciones mecánicas cuánticas atomísticas y las imágenes de microscopía electrónica realizadas en el Centro de Competencia NANOlab de la Universidad de Amberes (Bélgica) han aclarado el origen de este comportamiento espectacularmente diferente entre capas adyacentes de un solo material.
En 2004, se creó el primer material bidimensional (2D) atómicamente delgado: el grafeno, una sola capa de átomos de carbono. Este logro les valió a los científicos de la Universidad de Manchester Andre Geim y Konstantin Novoselov el Premio Nobel de Física 2010. Este importante avance en la física y la ciencia de los materiales ha abierto un nuevo campo de investigación sobre los materiales 2D y sus aplicaciones tecnológicas.
Desde entonces, se han descubierto muchos materiales 2D nuevos. Las interacciones entre estos materiales suelen estar mediadas por fuerzas débiles de van der Waals. Esto facilita el apilamiento controlado de diferentes capas en las llamadas heteroestructuras de van der Waals, lo que permite la creación de nuevos materiales con propiedades diseñadas a la medida.
En un número reciente de la revista nano letras («Superconductor alternado y monocapas de onda de densidad de carga dentro de Bulk 6R-TaS2«) los investigadores del NGI y el NANOlab informan sobre la síntesis y caracterización de una nueva heteroestructura de van der Waals de disulfuro de tantalio (TaS2que no se crean apilando selectivamente materiales 2D, sino dentro de un solo material a granel.
Esta fase fabricada de TaS2 (designado como 6R) consta de dos capas alternas con diferentes estructuras cristalinas y propiedades físicas. A temperaturas más altas, ambos tipos de capas son simplemente metálicas. Sin embargo, a bajas temperaturas, uno se convierte en aislante mientras que el otro se vuelve superconductor. Esto implica que el primero no conduce corriente, pero el segundo perfectamente (sin pérdida de resistencia).
![Estructura cristalina de la fase 6R de TaS2, que consiste en monocapas alternas de 1T y 1H](https://www.nanowerk.com/spotlight/id61383_1.jpg)
Para comprender completamente el origen de esta combinación inusual de diferentes propiedades a nivel atómico, el material fue examinado teórica y estructuralmente en el NANOlab.
El análisis utilizando cálculos de primer principio y visualización directa a nivel atómico (ver figura) ha demostrado claramente que la coexistencia de capas superconductoras y aislantes se debe directamente a la diferente disposición atómica en los tipos de dos capas.
Su estructura de capas alternas convierte a este material en un verdadero superconductor 2D a granel y abre una plétora de preguntas intrigantes relacionadas con el efecto del acoplamiento entre capas en el comportamiento superconductor.
Además, ilustra un enfoque completamente nuevo para crear uniones de dos superconductores separados por una fina capa aislante (las llamadas uniones de Josephson), un elemento clave de muchas aplicaciones tecnológicas modernas, como sensores cuánticos y dispositivos qubit destinados a la computación cuántica.
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