Cientistas descobrem faixa contínua de ângulos mágicos que tornam semicondutor bidimensional supercondutor

Pesquisadores da Universidade Columbia e de instituições parceiras mostraram que o semicondutor bidimensional disseleneto de tungstênio (WSe2) pode se tornar supercondutor em uma faixa contínua de ângulos de torção, ampliando as possibilidades de controle e aplicação desse fenômeno. A descoberta, publicada na revista Nature e destacada pelo portal phys.org, redefine o conceito de ângulo mágico em materiais de duas camadas atômicas.

Até recentemente, apenas o grafeno era conhecido por exibir supercondutividade quando duas de suas folhas eram giradas em um ângulo específico de 1,1°. No caso do WSe2, os cientistas observaram que o comportamento supercondutor não se restringe a um valor fixo, mas se estende por uma faixa entre 3,5° e 5°, indicando uma transição suave entre diferentes regimes eletrônicos.

O trabalho foi liderado pelo físico Cory Dean, da Columbia, e pelo pesquisador Yinjie Guo, autor principal do estudo. Segundo Dean, a descoberta de um “continuum mágico” torna o WSe2 uma plataforma mais robusta e previsível para explorar a física da supercondutividade.

Enquanto o grafeno exige precisão extrema na montagem, com tolerância de apenas um décimo de grau, o novo material permite variações maiores sem perder o efeito. Essa flexibilidade pode acelerar o desenvolvimento de teorias e dispositivos baseados em estados quânticos correlacionados.

Nos experimentos, as amostras de WSe2 foram preparadas com ângulos de torção entre 3,65° e 5° e submetidas a campos elétricos controlados. Os resultados mostraram que, em ângulos maiores, o emparelhamento de elétrons se assemelha ao de supercondutores convencionais.

À medida que o ângulo diminui, o comportamento se aproxima do observado em cupratos, materiais descobertos nos anos 1980 que operam em temperaturas mais altas, próximas às do nitrogênio líquido. Essa transição contínua entre dois tipos de supercondutividade sugere que o WSe2 pode servir como modelo experimental único para estudar a origem do fenômeno.

“Com esse sistema, podemos ajustar suavemente os parâmetros e observar como o material passa de um regime a outro”, explicou Dean. O controle fino sobre o ângulo e o campo elétrico permite investigar como os elétrons se correlacionam e se organizam em pares sem resistência.

O avanço é resultado de uma colaboração entre a Columbia, o Instituto Flatiron e o Instituto Max Planck de Dinâmica Estrutural. O grupo combinou engenharia de materiais, técnicas de microfabricação e modelagem teórica para interpretar os dados.

O artigo publicado na Nature detalha como a evolução do diagrama de fases do WSe2 depende do equilíbrio delicado entre efeitos eletrônicos e estruturais. Além de seu valor científico, o achado tem implicações tecnológicas diretas.

O WSe2 é um semicondutor, e o fato de também poder se tornar supercondutor o torna especialmente promissor para aplicações em eletrônica de baixo consumo e em computação quântica. Materiais com essas propriedades híbridas podem ser integrados a circuitos que exploram estados quânticos de forma controlada, reduzindo perdas de energia e aumentando a estabilidade dos dispositivos.

Dean destaca ainda que o WSe2 pertence a uma família mais ampla de compostos chamados dicalcogenetos de metais de transição (TMDs). Alterar o elemento metálico ou o calcogênio pode modificar profundamente o comportamento eletrônico, permitindo projetar materiais sob medida com propriedades quânticas específicas.

Essa versatilidade abre caminho para explorar novas formas de supercondutividade e até fenômenos topológicos ainda pouco compreendidos. O estudo reforça a importância da pesquisa em materiais bidimensionais, campo que vem crescendo rapidamente desde a descoberta do grafeno.

A capacidade de controlar o alinhamento atômico entre camadas e observar como isso afeta o transporte de elétrons oferece uma janela inédita para compreender e manipular os estados quânticos da matéria. A descoberta do “continuum mágico” no WSe2 marca, assim, um novo capítulo na busca por supercondutores mais acessíveis e estáveis.