Cambridge (EE.UU.). Un equipo de físicos del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) ha conseguido por primera vez una “visión directa” de la superconductividad no convencional en el grafeno de tres capas retorcidas (MATTG), un material de “ángulo mágico” que ha despertado enorme interés en la física cuántica de materiales. El logro, publicado recientemente por el grupo del profesor Pablo Jarillo-Herrero, representa la evidencia más clara hasta ahora de un tipo exótico de superconductividad y abre nuevas vías para el diseño de materiales que podrían revolucionar la computación cuántica y la transmisión eléctrica.
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El descubrimiento, alcanzado mediante una técnica experimental inédita, confirma que el MATTG —compuesto por tres láminas atómicas de carbono apiladas con un ligero giro entre ellas— se comporta como un superconductor poco convencional, distinto de los conocidos hasta ahora. “Esta visión directa puede revelar cómo los electrones se emparejan y compiten con otros estados, allanando el camino para diseñar nuevos superconductores y materiales cuánticos”, explicó Jeong Min Park, coautor principal del estudio.
Una nueva mirada a la superconductividad
Los superconductores son materiales que conducen la electricidad sin resistencia, lo que elimina las pérdidas de energía por calor. Sin embargo, los superconductores tradicionales requieren temperaturas extremadamente bajas, cercanas al cero absoluto, lo que limita su aplicación práctica. El objetivo de los científicos es encontrar superconductores estables a temperatura ambiente, considerados el “Santo Grial” de la física moderna.
El avance del MIT se centra en la medición directa de la “brecha superconductora” del grafeno retorcido, es decir, el intervalo de energía que separa el estado superconductor del estado normal del material. El equipo detectó que esta brecha tiene una forma característica de “V”, en contraste con el perfil plano y uniforme de los superconductores convencionales.
“Este patrón en forma de V es una firma inequívoca de superconductividad no convencional”, detalló Shuwen Sun, otro de los coautores. “Nos da pistas sobre qué tipo de mecanismos podrían dar lugar a superconductores que funcionen a temperatura ambiente, algo que beneficiaría profundamente a la sociedad humana”.
La técnica experimental que cambió el panorama
Para lograr esta observación, los científicos desarrollaron una plataforma experimental combinada que integra mediciones de túnel de electrones y transporte eléctrico. Este método híbrido permite medir simultáneamente cómo los electrones atraviesan una barrera energética y cómo se comporta la resistencia del material.
“Esta combinación nos permitió vincular de manera directa y sin ambigüedades la forma de la brecha con el fenómeno de superconductividad”, señalaron los autores. La resistencia cero observada durante el experimento fue la prueba definitiva de que el material había entrado en un estado superconductor auténtico.
Un mecanismo de emparejamiento inusual
En los superconductores convencionales, los electrones forman pares de Cooper mediante vibraciones en la red atómica. En cambio, el equipo del MIT descubrió que en el grafeno retorcido los electrones se emparejan entre sí debido a interacciones electrónicas directas, sin necesidad de esas vibraciones.
“Creemos que este emparejamiento surge de fuertes correlaciones electrónicas, lo que implica que los propios electrones se ayudan mutuamente a formar el estado superconductor”, explicó Park. Este tipo de interacción electrónica pura sugiere un mecanismo completamente distinto, similar al observado en materiales de alta temperatura como los cupratos, pero en una escala de control atómico mucho más precisa.
Twistronics: una nueva frontera de la física de materiales
El grafeno de ángulo mágico forma parte de un campo emergente conocido como “twistronics”, que explora cómo los ángulos de rotación entre capas de materiales bidimensionales pueden alterar radicalmente sus propiedades electrónicas. Jarillo-Herrero y su grupo descubrieron en 2018 que al girar dos capas de grafeno a un ángulo específico (1,1 grados) podían inducir estados superconductores y aislantes inéditos, abriendo una revolución en la investigación de materiales cuánticos.
Desde entonces, el equipo ha perfeccionado su control sobre estructuras más complejas, como el grafeno de tres capas, que presenta fenómenos aún más ricos y sutiles. El nuevo experimento con MATTG no solo confirma su carácter exótico, sino que ofrece una herramienta experimental para investigar otros materiales retorcidos con potencial tecnológico.
Implicaciones para el futuro tecnológico
El hallazgo tiene implicaciones directas en el diseño de superconductores personalizados para aplicaciones en redes eléctricas sin pérdidas, almacenamiento energético avanzado y computación cuántica. Un superconductor que funcione a temperatura ambiente permitiría transmitir electricidad de manera completamente eficiente, reduciendo el consumo energético mundial.
“Comprender bien un superconductor no convencional puede desencadenar una nueva comprensión del resto”, concluyó Jarillo-Herrero. “Esta comprensión puede guiarnos hacia materiales que funcionen a temperatura ambiente —y eso es, literalmente, el Santo Grial de todo el campo”.
El MIT planea ahora aplicar su plataforma experimental a otros sistemas bidimensionales, buscando reproducir o incluso superar las propiedades del grafeno de ángulo mágico. Si los resultados continúan, el sueño de una superconductividad práctica y ubicua podría estar un paso más cerca de hacerse realidad.
