Descubrimiento en grafeno podría revolucionar superconductividad

CAMBRIDGE, EE.UU. – La superconductividad, la capacidad de ciertos materiales para conducir electricidad sin pérdida de energía, ha sido durante mucho tiempo uno de los fenómenos más intrigantes de la física moderna. Actualmente, los superconductores se utilizan en aplicaciones como imanes para resonancias magnéticas, aceleradores de partículas y trenes de levitación magnética. Sin embargo, todos comparten una limitación crucial: solo funcionan a temperaturas extremadamente bajas, lo que requiere costosos sistemas de refrigeración.

El sueño de mantener la superconductividad a temperatura ambiente podría transformar radicalmente la tecnología, desde redes eléctricas sin pérdidas hasta ordenadores cuánticos estables y accesibles. En este contexto, un equipo del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) ha dado un paso significativo al encontrar evidencias de superconductividad no convencional en el grafeno de “ángulo mágico”. Este descubrimiento, publicado en la revista Science, podría desvelar los mecanismos necesarios para alcanzar esa meta tan anhelada.

Un nuevo paso hacia la superconductividad del futuro

Los investigadores del MIT han logrado medir por primera vez la brecha superconductora del grafeno tricapa girado, una propiedad que describe cómo los electrones se emparejan para circular sin resistencia. Este hallazgo sugiere que el material se comporta de manera muy diferente a los superconductores tradicionales, lo que indica la presencia de mecanismos nuevos y potencialmente más robustos.

“El aspecto de la brecha superconductora nos da una pista sobre qué tipo de mecanismo podría conducir a materiales superconductores a temperatura ambiente”, explica Shuwen Sun, coautora principal del estudio e investigadora en el Departamento de Física del MIT.

El ángulo mágico del grafeno

El grafeno, conocido por su resistencia y excelente conductividad eléctrica, es una sola capa de átomos de carbono dispuestos en forma de panal. En 2018, el grupo de Pablo Jarillo-Herrero, catedrático de Física en el MIT, descubrió que al superponer dos láminas de grafeno con un ángulo de 1,1 grados, surgían fenómenos cuánticos exóticos. Este descubrimiento dio lugar a un nuevo campo de estudio conocido como twistrónica, que investiga cómo las propiedades electrónicas cambian al girar materiales atómicamente delgados.

Desde entonces, el equipo ha continuado explorando diferentes configuraciones. Jeong Min Park, coautora principal del estudio, señala que

“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. Había algo diferente en este material”.

Ver la superconductividad en acción

Para confirmar la naturaleza del grafeno, los investigadores desarrollaron una plataforma experimental que combina técnicas de túnel electrónico y medición del transporte eléctrico. Esto les permitió observar directamente cómo se abría la brecha superconductora a medida que el material alcanzaba el estado superconductor. Durante las pruebas, el grafeno mostró una brecha con una característica forma en V, un patrón que difiere claramente del de los superconductores tradicionales.

“Esa forma refleja un mecanismo distinto de emparejamiento”, señala Park. “En lugar de estar mediado por las vibraciones del retículo atómico, parece que los propios electrones interactúan entre sí para formar los pares superconductores”.

Aplicaciones que podrían transformar la tecnología

Aunque el hallazgo es aún experimental, sus implicaciones son enormes. Si se comprende y controla este tipo de superconductividad, podría allanar el camino hacia materiales que conduzcan la electricidad sin pérdidas a temperaturas mucho más altas. Esto significaría cables y redes eléctricas capaces de transportar energía sin desperdiciar ni un solo vatio, motores y trenes magnéticos más eficientes, o dispositivos electrónicos con un consumo casi nulo.

En el ámbito de la computación, estos materiales podrían servir de 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.

Una ventana hacia los superconductores del mañana

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. Pablo Jarillo-Herrero afirma que

“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, con la esperanza de desentrañar más secretos de la superconductividad y acercarse un paso más al futuro de la energía y la computación.