- Un equipo del MIT logra por primera que se convierta en superconductor
Imagínese que pudiera cortar en láminas extremadamente finas, de tan solo un átomo de espesor, la viruta que se obtiene al sacarle punta a un lápiz. Si a continuación observara esas láminas al microscopio, vería una malla de átomos de carbono, dispuestos en hexágonos. Es el grafeno, un material bidimensional con unas propiedades asombrosas: además de ser el más fino que existe, muy ligero y flexible, a la vez que cientos de veces más duro que el acero y más conductivo que el cobre.
Ahora un equipo de científicos del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), en Cambdrige (EE.UU.) liderado por el investigador valenciano Pablo Jarillo-Herrero, acaban de descubrir una nueva y fascinante propiedad de este supermaterial que podría revolucionar la física teórica.
Han dispuesto dos láminas de grafeno, una encima de otra, pero no perfectamente alineadas, sino una de ellas girada con un ‘ángulo mágico’. En esa disposición exclusivamente los investigadores han visto que ese ‘sándwich’ de grafeno es capaz de conducir electrones sin resistencia. Es decir, se convierte en un superconductor, un material capaz de transportar electricidad sin pérdidas.
“Es la primera vez que se consigue este tipo de superconductividad en una estructura de este tipo, donde tienes una capa encima de otra, ninguna de las cuales es superconductora, y que simplemente por jugar con el ángulo de rotación aparece esta propiedad de la superconductividad. Es bastante extraordinario y no se había logrado nunca”, explica Jarillo-Herrero a Big Vang en una entrevista.
La superconductividad, una propiedad de algunos materiales que se descubrió hace alrededor de un siglo, podría revolucionar la trasmisión de energía, los sistemas de transporte e incluso los escáneres en medicina. De hecho, actualmente ya se emplean superconductores en los escáneres de resonancia magnética; o para crear campos magnéticos muy grandes, como en los aceleradores de partículas, apunta Àlvar Sànchez, físico del grupo de superconductividad de Universitat Autònoma de Barcelona (UAB).
La superconductividad, una propiedad de algunos materiales que se descubrió hace alrededor de un siglo, podría revolucionar la trasmisión de energía, los sistemas de transporte e incluso los escáneres en medicina
Hasta el momento se conocían dos tipos de superconductores, los convencionales, que son metales que han de enfriarse a temperaturas del cero absoluto. Y los no convencionales, que mayoritariamente no son buenos metales, y que pueden superconducir electricidad a una temperatura más elevada que los anteriores, aunque el mecanismo por el que funcionan es un enigma de la física.
El principal problema que presentan es que, para funcionar, necesitan hacerlo a muy bajas temperaturas, entre -273 y -140ºC, por lo que se debe dedicar mucha energía a refrigerarlos. De ahí que por el momento se utilicen de forma limitada.
No obstante, los resultados de Jarillo-Herrero y su grupo, que se recogen en dos artículos en Nature esta semana, podrían abrir la puerta a entender mejor cómo funcionan los superconductores no convencionales y dar un paso más hacia poder usarlos en el día a día a temperatura ambiente.
“El grafeno es un material muy particular en el que sus propiedades electrónicas cambian dependiendo del número de capas. Hasta hace poco siempre se usaban capas alineadas, hasta que unos investigadores se dieron cuenta de que no tenía por qué ser así y predijeron que si se rotaban las capas, eso daría lugar a un objeto inusual con unas propiedades muy especiales, puesto que los electrones se comportarían de forma distinta”, dice Jarillo-Herrero.
Este investigador y su grupo han descubierto que cuando se superponen las dos capas de grafeno con un ángulo de 1,1º, el ‘ángulo mágico’, como lo denominan en el trabajo, y las enfrían a 1,7 grados por encima del cero absoluto, tienen un comportamiento aislante: los electrones en esas capas interactúan de forma muy fuerte y no se mueven. Pero al inducir una pequeña densidad de carga eléctrica al estado aislante, el grafeno se vuelve superconductor de forma completamente controlada.
“Hemos comprobado que esta estructura de grafeno tiene propiedades extraordinarias, algunas estaban predichas y otras son inesperadas. La gran relevancia de estos artículos es que abre un nuevo campo de propiedades que antes no se conocían del grafeno”, considera Jarillo-Herrero.
Aunque este descubrimiento está aún lejos de tener aplicaciones directas, para el investigador valenciano, “si llegamos a entender muy bien este fenómeno de la superconductividad no convencional, algún día podremos llegar a hacer superconductores a temperaturas más elevadas y, por tanto, que tengan aplicaciones más extendidas”.
Esta investigación, financiado por la Fundación Nacional para la Ciencia de los EEUU y la Fundación Gordon y Betty Moore, el Moore de la ley de Moore y fundador de Intel, es para el investigador Icrea Frank Koppens, físico del ICFO- Institut de Ciències Fotòniques experto en grafeno, “uno de los trabajos científicos más importantes que he visto en mi carrera como investigador. Han descubierto un nuevo tipo de superconductividad en un sistema totalmente controlable y además pueden pasar de aislante a superconductor de forma controlada. Es un nuevo tipo de física”.
“Es uno de los trabajos científicos más importantes que he visto en mi carrera como investigador”
Según este investigador, que no ha participado en ninguno de los dos estudios, “lo que limitaba a los superconductores hasta el momento era que no se entendía del todo cómo funcionaban y no se tenía el suficiente control. Esta es la primera vez que se crean casi desde cero, que los pueden controlar, encender y apagar. Tampoco nunca antes se había visto que se pudiera pasar de un aislante perfecto a un superconductor perfecto, algo que a priori parece contrario al sentido común”.
Para Sànchez, de la UAB, “estos resultados son muy interesantes porque han descubierto una nueva familia de superconductores en un sistema tan interesante como el grafeno. Y este nuevo sistema es un banco de pruebas para entender la física de los superconductores no convencionales, que se utilizan sin entender el mecanismo. Podría abrir la puerta a desarrollar desde sensores mucho más sensibles a ordenadores cuánticos”.
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