Superconductividad en grafeno: un avance que podría cambiar la energía

CAMBRIDGE, EE.UU. – La superconductividad, la capacidad de ciertos materiales para conducir electricidad sin resistencia, ha sido durante mucho tiempo un enigma y un objetivo en la física moderna. Hoy en día, los superconductores se utilizan en aplicaciones como imanes para resonancias magnéticas y trenes de levitación magnética. Sin embargo, su dependencia de temperaturas extremadamente bajas limita su uso generalizado debido a los altos costos de refrigeración.

Un avance reciente del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) podría cambiar este panorama. Investigadores han encontrado evidencias de superconductividad no convencional en el grafeno de “ángulo mágico”, un descubrimiento que podría acercarnos a la superconductividad a temperatura ambiente. Este hallazgo, publicado en la revista Science, podría revolucionar desde las redes eléctricas hasta la computación cuántica.

Un nuevo paso hacia la superconductividad del futuro

El equipo del MIT ha 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, revelando un comportamiento distinto al de los superconductores tradicionales. Según Shuwen Sun, coautora del estudio, “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 conductividad eléctrica, ha sido objeto de estudio desde que en 2018, el grupo liderado por Pablo Jarillo-Herrero en el MIT descubriera fenómenos cuánticos exóticos al superponer dos capas de grafeno con un ángulo de 1,1 grados. Este descubrimiento originó el campo de la twistrónica, que explora cómo las propiedades electrónicas cambian al girar materiales atómicamente delgados.

“En los superconductores convencionales, los electrones de cada par están muy separados y débilmente ligados”, explica Jeong Min Park, coautora del estudio. “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 cómo se abría la brecha superconductora al alcanzar el estado superconductor. El grafeno mostró una brecha con una forma en V, un patrón que difiere de los superconductores tradicionales.

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

Aplicaciones que podrían transformar la tecnología

El hallazgo, aunque aún experimental, tiene enormes implicaciones. Comprender y controlar este tipo de superconductividad podría permitir el desarrollo de materiales que conduzcan electricidad sin pérdidas a temperaturas más altas. Esto significaría redes eléctricas más eficientes y dispositivos electrónicos con un consumo energético casi nulo.

En el ámbito de la computación, estos materiales podrían ser la base para procesadores cuánticos más estables y compactos, reduciendo la necesidad de sistemas criogénicos complejos. 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.

Una ventana hacia los superconductores del mañana

Este trabajo representa una de las pruebas más sólidas de que el grafeno de ángulo mágico es un superconductor no convencional. Según Jarillo-Herrero, “comprender bien uno de estos materiales puede abrir la puerta a entender los demás”, lo que podría guiar el diseño de superconductores que funcionen a temperatura ambiente, considerado el “Santo Grial” del campo.

El equipo del MIT planea aplicar su método a otros materiales retorcidos de dos dimensiones, lo que podría traer consigo más descubrimientos en el futuro cercano.