Superconductividad en grafeno: un avance hacia la energía del futuro

CAMBRIDGE, EE.UU. – La superconductividad, un fenómeno que permite a ciertos materiales conducir electricidad sin pérdida de energía, ha capturado la imaginación de físicos y tecnólogos por igual. Hoy en día, los superconductores son fundamentales en aplicaciones como los imanes para resonancias magnéticas, los aceleradores de partículas y los trenes de levitación magnética. Sin embargo, su uso está limitado por la necesidad de mantenerlos a temperaturas extremadamente bajas, lo cual requiere costosos sistemas de refrigeración.

El sueño de lograr superconductividad a temperatura ambiente podría transformar radicalmente sectores como la energía y la computación. En este contexto, un equipo del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) ha anunciado un avance significativo: la evidencia de superconductividad no convencional en el grafeno de “ángulo mágico”. Este descubrimiento, publicado en la revista Science, podría ser clave para entender los mecanismos que nos acerquen a esta meta tan anhelada.

Un paso hacia la superconductividad del futuro

Los investigadores del MIT han logrado medir por primera vez la brecha superconductora del grafeno tricapa girado. Esta propiedad describe cómo los electrones se emparejan para circular sin resistencia. El hallazgo sugiere que este material se comporta de forma muy distinta a los superconductores tradicionales, indicando la posible intervención de nuevos y más robustos mecanismos.

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

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

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 liderado por Pablo Jarillo-Herrero, catedrático de Física en el MIT, descubrió que al superponer dos láminas de grafeno con un ángulo de 1,1 grados, emergían fenómenos cuánticos exóticos. Este hallazgo dio origen a la “twistrónica”, un campo que estudia cómo las propiedades electrónicas cambian al girar materiales atómicamente delgados.

Desde entonces, el equipo ha explorado diversas configuraciones. Jeong Min Park, coautora principal del estudio, comenta:

“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”.

Ver la superconductividad en acción

Para confirmar la naturaleza del grafeno, los investigadores desarrollaron una plataforma experimental que combina el túnel electrónico y 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. Las pruebas revelaron una brecha con una característica forma en V, un patrón claramente distinto al de los superconductores tradicionales.

Park señala:

“Esa forma refleja un mecanismo distinto de emparejamiento. 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. Comprender y controlar este tipo de superconductividad podría allanar el camino hacia materiales que conduzcan electricidad sin pérdidas a temperaturas mucho más altas. Esto significaría redes eléctricas más eficientes y dispositivos electrónicos con un consumo casi nulo.

En el ámbito de la computación, estos materiales podrían ser la base de procesadores cuánticos estables y compactos, reduciendo la necesidad de complejos sistemas criogénicos. Además, la técnica desarrollada por el MIT para observar el comportamiento de los electrones en tiempo real 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 concluye:

“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, abriendo nuevas posibilidades para el futuro de la superconductividad.