El campo magnético activa la superconductividad en el grafeno exprés
Un superconductor normalmente no se lleva bien con un imán: un campo intenso destruye el estado en el que la corriente fluye sin resistencia. Pero en capas delgadas de carbono, todo es diferente. Un equipo de físicos tomó grafeno de seis capas — seis planos atómicos apilados romboédricamente — y descubrió que el campo magnético no apaga la superconductividad, sino que la enciende.
Con campo cero, este material ya presenta una superconductividad inusual: la quiral. Sus pares de electrones giran en una sola dirección, como una escalera de caracol, y por eso la resistencia cambia según la dirección de la corriente. Pero cuando los investigadores aplicaron un campo de aproximadamente 0.8 teslas — similar al de un equipo de resonancia magnética — apareció un segundo modo superconductor. Este se mantiene hasta 1.6 teslas y se controla con tres perillas: el propio campo, la densidad de electrones y el desplazamiento eléctrico entre capas.
Las mediciones mostraron que este superconductor activado por campo nace de un estado magnético especial: un cuarto metal que está magnetizado en dirección opuesta al original. Así, en un solo trozo de grafeno se logró obtener un cuarteto de fases superconductoras: cuatro combinaciones diferentes de espín y valle (un índice cuántico que recuerda a una variedad de electrones). Cada una se puede seleccionar cambiando los parámetros externos. Los autores lo atribuyen a la competencia entre dos efectos: el desdoblamiento espín-valle (similar al mecanismo en aislantes topológicos) y la interacción de los momentos magnéticos con el campo.
Resumen original
tal como lo escribieron los autores, en inglés arXiv:2607.06520
Chiral superconductors break orbital time-reversal symmetry and may host topological quasiparticles with non-Abelian statistics. In rhombohedral graphene, superconductivity develops from a spin-valley-polarized quarter-metal (QM) parent state and features unique magnetic hysteresis of resistance that indicates orbital time-reversal-symmetry-breaking. Exploring and controlling the full spin-valley flavors of such superconductivity could enable novel superconducting and topological devices, but have remained unexplored. Here we report transport measurements on rhombohedral hexalayer graphene (R6G), which reveal a new superconducting state (SCH) that is induced by an out-of-plane magnetic field, in addition to chiral superconductivity (CSC) similar to those observed in thinner layers. This SCH state emerges above 0.8 T, persists up to 1.6 T and can be switched on/off by magnetic field $$H_\perp$$, carrier density $$n$$, and gate displacement field $$D$$. Quantum oscillations and anomalous Hall measurements show that SCH stems from a field-induced quarter-metal (QM$$'$$) parent phase, which carries orbital magnetization opposite to that of the zero-field QM. Across the full $$(n, D, H_\perp)$$ parameter space, superconductivity can be realized from all four spin-valley isospin flavors, establishing a switchable chiral-superconductor quartet in R6G. We interpret the parent-state switching as arising from competition between a Kane-Mele-like spin-valley splitting and magnetic-field coupling to spin-valley-dependent magnetic moments. Our work establishes rhombohedral graphene as a multi-knob platform for different isospin-polarized superconductivities, which enables programmable superconducting networks with possible Majorana modes along domain walls.
El grafeno de seis capas es aproximadamente cien mil veces más delgado que una burbuja de jabón, pero alberga cuatro caracteres superconductores a la vez.
Las redes superconductoras programables con modos de Majorana recuerdan a las computadoras cuánticas de "La esfera rota" de Piers Anthony, donde los estados se cambian mediante campos de fuerza.