Superconductividad en grafeno: un avance que promete revolucionar la tecnología

CAMBRIDGE, EE.UU. – La superconductividad, la capacidad de ciertos materiales para conducir electricidad sin pérdida de energía, ha sido durante mucho tiempo una de las fronteras más intrigantes de la física moderna. Actualmente, los superconductores se emplean en aplicaciones como los imanes para resonancias magnéticas y los trenes de levitación magnética, pero su uso está limitado por la necesidad de mantenerlos a temperaturas extremadamente bajas.

Un equipo del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) ha dado un paso crucial hacia la superconductividad a temperatura ambiente, un avance que podría transformar desde las redes eléctricas hasta la computación cuántica. Este equipo ha encontrado evidencias de una superconductividad no convencional en el grafeno de “ángulo mágico”, según un estudio publicado en la revista Science.

Un salto hacia la superconductividad del futuro

Los investigadores del MIT han logrado medir por primera vez la brecha superconductora en el grafeno tricapa girado. Esta propiedad describe cómo los electrones se emparejan para circular sin resistencia. El hallazgo sugiere la presencia de mecanismos nuevos y potencialmente más robustos que los observados en superconductores tradicionales.

Shuwen Sun, coautora principal del estudio e investigadora en el Departamento de Física del MIT, explicó:

“El aspecto de la brecha superconductora nos da una pista sobre qué tipo de mecanismo podría conducir a materiales superconductores a temperatura ambiente”.

El misterio del ángulo mágico del grafeno

El grafeno, conocido por su resistencia y excelente conductividad eléctrica, ha sido objeto de numerosos estudios desde que en 2018 el grupo de Pablo Jarillo-Herrero descubriera que al superponer dos láminas de grafeno con un ángulo de 1,1 grados, emergían fenómenos cuánticos exóticos. Este descubrimiento dio origen a la “twistrónica”, un campo que explora cómo las propiedades electrónicas cambian al girar materiales atómicamente delgados.

Jeong Min Park, otra coautora del estudio, señaló las diferencias con los superconductores convencionales:

“En los superconductores convencionales, los electrones de cada par están muy separados y débilmente ligados. En cambio, en el grafeno de ángulo mágico veíamos indicios de pares mucho más compactos, casi moleculares”.

Observando la superconductividad en acción

Para confirmar la naturaleza del grafeno como superconductor no convencional, los investigadores desarrollaron una plataforma experimental que combina el túnel electrónico con la medición del transporte eléctrico. Esto les permitió observar directamente cómo se abría la brecha superconductora a medida que el material alcanzaba el estado superconductor.

El grafeno mostró una brecha con una característica forma en V, un patrón que difiere claramente del de los superconductores tradicionales. Park destacó:

“Esa forma refleja un mecanismo distinto de emparejamiento. Parece que los propios electrones interactúan entre sí para formar los pares superconductores”.

Aplicaciones potenciales que podrían cambiar el mundo

Aunque el hallazgo es aún experimental, sus implicaciones son enormes. Comprender y controlar este tipo de superconductividad podría allanar el camino hacia materiales que conduzcan la electricidad sin pérdidas a temperaturas mucho más altas. Esto podría significar redes eléctricas sin pérdidas, motores y trenes magnéticos más eficientes, y dispositivos electrónicos con un consumo casi nulo.

En el ámbito de la computación, estos materiales podrían ser la base para procesadores cuánticos estables y compactos, reduciendo la necesidad de sistemas criogénicos complejos. Además, la técnica desarrollada por el MIT para observar en tiempo real el comportamiento de los electrones podría aplicarse a otros materiales bidimensionales, acelerando el descubrimiento de nuevas fases cuánticas útiles para la tecnología.

El trabajo del MIT representa una de las pruebas más sólidas hasta la fecha de que el grafeno de ángulo mágico es un superconductor no convencional. Jarillo-Herrero concluyó:

“Comprender bien uno de estos materiales puede abrir la puerta a entender los demás. Ese conocimiento podría guiarnos en el diseño de superconductores que funcionen a temperatura ambiente, que es, por decirlo así, el Santo Grial de todo el campo”.

El equipo del MIT planea ahora aplicar su método a otros materiales retorcidos de dos dimensiones, lo que podría abrir nuevas vías en la búsqueda de superconductores más eficientes y accesibles.