Un nuevo tipo de superconductividad en el grafeno podría revolucionar la energía y la computación

La superconductividad es uno de los fenómenos más fascinantes de la física moderna: la capacidad de ciertos materiales para conducir electricidad sin perder energía.

Hoy, los superconductores se utilizan en imanes para resonancias magnéticas, aceleradores de partículas o trenes de levitación magnética, pero todos comparten una limitación importante: solo funcionan a temperaturas extremadamente bajas, lo que obliga a emplear costosos sistemas de refrigeración.

Si se lograra mantener la superconductividad a temperatura ambiente, el impacto sería colosal: desde redes eléctricas sin pérdidas hasta ordenadores cuánticos estables y accesibles.

En ese horizonte se enmarca el nuevo avance logrado por un equipo del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), que ha encontrado evidencias directas de superconductividad no convencional en el llamado grafeno de “ángulo mágico”.

El descubrimiento, publicado en la revista Science, podría ayudar a entender los mecanismos que permitirían alcanzar esa meta, hasta ahora esquiva.

Un nuevo paso hacia la superconductividad del futuro

Los investigadores del MIT han conseguido medir por primera vez la brecha superconductora del grafeno tricapa girado, una propiedad que describe cómo los electrones se emparejan para circular sin resistencia.

El resultado revela que este material se comporta de forma muy distinta a los superconductores tradicionales, lo que sugiere que intervienen 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, una sola capa de átomos de carbono dispuestos como un panal, es célebre por su resistencia y su excelente conductividad eléctrica.

En 2018, el grupo de Pablo Jarillo-Herrero, catedrático Cecil e Ida Green de Física en el MIT, descubrió que al superponer dos láminas de grafeno con un ángulo de 1,1 grados surgían fenómenos cuánticos exóticos.

Aquel hallazgo dio origen a un nuevo campo, la twistrónica, dedicada a estudiar cómo las propiedades electrónicas cambian al girar materiales atómicamente delgados.

Desde entonces, su equipo ha seguido explorando distintas configuraciones.

“En los superconductores convencionales, los electrones de cada par están muy separados y débilmente ligados”, explica Jeong Min Park, coautora principal del estudio.

“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 su naturaleza, los investigadores crearon una plataforma experimental que combina dos técnicas -el túnel electrónico y la medición del transporte eléctrico-, lo que les permitió observar directamente cómo se abría la brecha superconductora a medida que el material alcanzaba el estado superconductor.

En 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 se 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 terreno 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 supone una de las pruebas más sólidas hasta la fecha de que el grafeno de ángulo mágico es un superconductor no convencional.

“Comprender bien uno de estos materiales puede abrir la puerta a entender los demás”, afirma Jarillo-Herrero. “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.

“Esta visión directa de cómo los electrones se emparejan y compiten con otros estados puede mostrarnos el camino hacia nuevos superconductores y materiales cuánticos”, concluye Park. “Y quizá, algún día, hacia una nueva era de energía sin pérdidas y computación cuántica práctica”.