Descubren un nuevo superconductor

En el universo de artículos de oficina, la mina del lápiz —una mezcla de grafito y arcilla— no parece nada excepcional.

Sin embargo, hace 15 años, los científicos descubrieron que una sola hoja de grafito —una capa de un átomo de espesor de átomos de carbono dispuestos en un patrón tipo panal— es una maravilla. Este carbono ultradelgado, llamado grafeno, es flexible y más ligero que el papel, pero 200 veces más fuerte que el acero. También es un buen conductor de calor y corriente eléctrica.

Después de unos años, los científicos habían averiguado lo más que pudieron y la mayoría pasó a otras cosas.

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“Hasta el año pasado, el grafeno estaba pasando lentamente de moda”, señaló Pablo Jarillo-Herrero, físico en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT).

El año pasado, físicos en MIT descubrieron que empalmar dos hojas de ese material, rotadas a un pequeño ángulo entre ambas, abría un cofre de fenómenos extraños. Dio origen a un nuevo campo: twistrónica, de la palabra rotar, en inglés.

Un estudio publicado el 30 de octubre en la revista Nature da el vistazo más detallado a este material conocido como grafeno bicapa rotado con ángulo mágico.

El equipo internacional de científicos llevó a cabo una serie de experimentos y mostró que al modificar el número de electrones que pueden moverse libremente, el campo magnético y la temperatura del grafeno, el material cambiaba para convertirse en un superconductor, capaz de transmitir corriente eléctrica sin resistencia.

Sin las alteraciones, se comportaba como un aislante, donde no fluye la corriente eléctrica.

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La esperanza de la twistrónica es que los investigadores puedan aprovechar la superconductividad y otras propiedades para diseñar componentes electrónicos novedosos para computadoras y otros usos que aún no son concebidos.

“Nuestro trabajo realmente muestra la riqueza de todo el sistema, donde observamos todos estos efectos a la vez”, dijo Dmitri K. Efetov, un físico en el Instituto de Ciencias Fotónicas y el Instituto de Ciencia y Tecnología de Barcelona, en España, y el autor principal del estudio.

Si capas de grafeno eran alineadas perfectamente, dos capas se comportaban igual que una sola hoja de grafeno. Pero cuando una de las capas era rotada ligeramente en relación con la otra, el desfase de las dos cuadrículas genera un patrón repetido que se extiende a través de muchos átomos.

Los electrones podían brincar fácilmente entre las dos hojas donde sus cuadrículas estaban alineadas. Pero en lugares donde estaban desalineadas, el flujo era más difícil.

Jarillo-Herrero y su equipo fueron los primeros en darse cuenta de que las dos capas de grafeno se convertían en un superconductor cuando se enfriaban a una fracción de grado sobre el cero absoluto.

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Su descubrimiento involucra usar una capa de grafeno partida en dos para producir dos láminas con cuadrículas perfectamente alineadas. Una de las láminas es rotada unos 1.3 grados y presionada hacia abajo contra la otra.

En el nuevo estudio en Nature, Efetov y sus colegas confirmaron los hallazgos de Jarillo-Herrero, pero encontraron permutaciones adicionales de temperatura, campo magnético y densidad de electrones que también convierten al grafeno en un superconductor.

El nuevo campo de la twistrónica va más allá del grafeno. La conducta electrónica del material podría depender del material sobre el que se coloque el grafeno, comúnmente nitruro de boro.

Probar otros materiales o configuraciones podría arrojar resultados diferentes.

“Creo que esto es sólo el principio”, afirmó Philip Kim, físico de la Universidad de Harvard quien hizo muchos de los primeros experimentos con grafeno.

Con una variedad tan amplia de materiales con los cuales trabajar, creía que los científicos podrían concebir superconductores novedosos que serían aptos para computadoras cuánticas.