¿Qué propiedades extrañas y maravillosas de los materiales en estado sólido se han descubierto en los últimos años?

Tc alta en monocapa FeSe
En general, FeSe es un superconductor por debajo de ~ 12K. Cuando una célula unitaria se cultiva sobre SrTiO3, la temperatura de transición superconductora (Tc) salta a 40-80K (el número exacto se disputa porque diferentes experimentos muestran valores diferentes). Esta mejora de Tc se pierde para el sistema de dos unidades de grosor de celda.
Fuente de la imagen: monocapa FeSe antiferromagnética en SrTiO3: el dopaje de carga y los efectos del campo eléctrico

Esto, junto con la interfaz LAO / STO sobre la que escribió David Toyli, representa una dirección importante en la búsqueda de superconductores nuevos o de mayor temperatura: manipular interfaces en lugar de química a granel.

Análogo 3D de grafeno
Los teóricos han predicho y varios grupos experimentales han confirmado materiales cuyas estructuras de banda incluyen conos tridimensionales de Dirac, en analogía con el cono bidimensional de Dirac en grafeno.
Los físicos descubren versiones en 3D del grafeno
Fuente de la imagen: Rápido y curioso: los electrones se precipitan hacia el interior de una nueva clase de materiales cuánticos.

Estos materiales se llaman semimetales Dirac y se predice que son semimetales Weyl (pendiente de confirmación de la estructura de rotación de los conos 3D Dirac), que albergan cuasipartículas que se comportan como Weyl Fermions (Fermiones Dirac sin masa con la mano dada). Si se demuestra que son semimetales de Weyl, estos materiales también mostrarán estados de superficie exóticos que consisten en ‘arcos de Fermi’, segmentos desconectados de la superficie de Fermi, que conectan dos nodos de Weyl. Esto es inusual porque una superficie de Fermi, por definición, debe estar cerrada.

Mariposa de Hofstadter
Este es un patrón fractal predicho que describe el movimiento de electrones en un campo magnético. Recientemente, este patrón fractal se ha realizado en la magnetoconductancia de una heteroestructura de grafeno / nitruro de boro hexagonal. La orientación de los dos materiales hexagonales en la bicapa se ‘tuerce’ ligeramente para crear una unidad de repetición mucho más grande (patrón de muaré).
Mariposa de Hofstadter manchada de grafeno
Este gráfico muestra la densidad de electrones en el eje x, el campo magnético en el eje y, y la escala de colores representa la conductancia.

La interfaz de aluminato de lantano / titanato de estroncio

LaAlO_3 y SrTiO_3 son aislantes eléctricos relativamente mundanos. Pero las capas delgadas de LaAlO_3 sobre SrTiO_3 pueden producir una interacción conductiva que exhibe numerosos fenómenos como el magnetismo, la superconductividad y otras propiedades sorprendentes. Un gran ejemplo de estas increíbles propiedades es que si coloca menos de tres capas de LaAlO_3 en SrTiO_3, la interfaz es aislante, si coloca más de tres capas, la interfaz es conductora, pero si coloca exactamente tres capas, puede usar voltajes grandes para cambiar la interfaz entre estados conductores y aislantes. Además, puedes hacer esto a escalas de longitud nanométrica, ¡así que es como un Etch A Sketch para dispositivos electrónicos a nanoescala! Aquí hay un gran video que describe ese trabajo:

Herbertsmithita

Crédito de la imagen: ¿un nuevo giro en la superconductividad?

Todos sueñan con descubrir un nuevo mineral con un estado fundamental cuántico exótico y nombrarlo por sí mismos, ¿verdad? De acuerdo, tal vez solo soy yo. Pero independientemente, Herbertsmithite ha ganado protagonismo por ser la única realización física de un líquido de espín cuántico tridimensional (QSL). Al igual que los aislantes topológicos, los QSL se pueden considerar como un nuevo estado de la materia y son interesantes porque los giros en el material están altamente correlacionados pero exhiben fluctuaciones de tipo líquido hasta la temperatura cero. Han sido el foco de un intenso trabajo teórico en los últimos años con pocas realizaciones físicas hasta que los experimentos recientes que muestran que Herbertsmithite es probablemente un QSL.

Disulfuro de molibdeno


Crédito de la imagen: el material de una molécula de espesor tiene grandes ventajas – MIT News Office

Si bien el material de monocapa favorito de todos es probablemente el grafeno, MoS_2 se ha movido a un segundo cercano (por lo que vale, MoS_2 es ​​mi material de monocapa favorito). Históricamente utilizadas como lubricantes secos, las capas individuales de MoS_2 tienen una ventaja crucial sobre el grafeno: MoS_2 tiene una banda prohibida, lo que facilita la construcción de transistores a partir del material y lo convierte en un fuerte emisor de luz para aplicaciones optoelectrónicas.