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1 de Mayo de 2019
Física de materiales

Superconductividad en el grafeno

El hallazgo de un intrigante fenómeno en capas desalineadas de grafeno desconcierta a los físicos. Su comprensión podría ofrecer la clave de la superconductividad de altas temperaturas.

JULIETTE HALSEY, NATURE

En síntesis

El año pasado, un grupo del Instituto de Tecnología de Massachusetts demostró que, al superponer dos capas de grafeno y rotarlas entre sí un pequeño ángulo, el sistema podía tornarse superconductor.

Más aún, la superconductividad observada en el grafeno no parece ser del mismo tipo que la tradicional. Muchos físicos creen que, de ser el caso, ello podría abrir la puerta a entender los superconductores de alta temperatura.

El descubrimiento ha sido recibido con la publicación de una riada de artículos que han intentado explicar el fenómeno. No obstante, aún serán necesarios más experimentos para determinar el verdadero significado del hallazgo.

Fue lo más cerca que el físico Pablo Jarillo-Herrero había estado de sentirse como una estrella de rock. En marzo de 2018, cuando le llegó el turno de impartir una charla en Los Ángeles, pudo ver científicos apiñados en cada recoveco del auditorio. Los organizadores del congreso de la Sociedad Americana de Física tuvieron que retransmitir la sesión en una espaciosa sala adyacente, también abarrotada de gente en pie. «Sabía que teníamos algo muy importante, pero aquello fue una locura», cuenta el investigador.

La multitud había acudido a escuchar cómo el equipo de Jarillo-Herrero, del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), había descubierto un exótico comportamiento en el grafeno, el célebre material formado por láminas de carbono de un solo átomo de espesor. Sus excelentes propiedades conductoras eran ya conocidas. Sin embargo, el equipo del MIT había dado un salto de gigante, pues había hallado un método para convertir el grafeno en un superconductor: un material que no opone resistencia alguna al paso de la corriente eléctrica. Su grupo había logrado ese hito superponiendo una lámina de grafeno sobre otra, rotando una de ellas un cierto «ángulo mágico» y enfriando el conjunto hasta temperaturas muy cercanas al cero absoluto. Aquella rotación generaba un cambio radical en las propiedades de la doble capa: primero la transformaba en un aislante; luego, al aplicar un campo eléctrico, en un superconductor.

Ya con anterioridad se había conseguido que el grafeno exhibiera ese comportamiento. Sin embargo, para ello había que combinarlo con materiales que ya eran superconductores o con otros elementos químicos. Pero la posibilidad de inducir las mismas propiedades sin más que «apretar un botón» llamó poderosamente la atención de la comunidad. «¿Que al colocar de cierta manera dos capas atómicas no superconductoras aparece de repente la superconductividad? Creo que eso sorprendió a todo el mundo», recuerda Chun Ning Jeanie Lau, física de la Universidad Estatal de Ohio.

Pero los físicos que asistieron a la conferencia estaban aún más entusiasmados por la razón por la que el grafeno parecía tornarse superconductor. Había indicios de que esas propiedades se debían a la existencia de fuertes correlaciones entre los electrones: un comportamiento que los físicos creen responsable de los exóticos estados observados en otros materiales más complejos. Algunos de estos sistemas llevan décadas desconcertando a los físicos; en particular, aquellos que se tornan superconductores a temperaturas relativamente elevadas (aunque aún muy inferiores a los cero grados Celsius). Así pues, si la superconductividad en el grafeno puro se debía al mismo mecanismo, el material podría convertirse en la piedra de Rosetta del fenómeno. Y ello podría ayudar a los físicos a encontrar materiales superconductores a temperatura ambiente, un hito que revolucionaría numerosas áreas de la tecnología moderna, desde el transporte hasta la computación.

«Casi todas las personas que conocía estaban entusiasmadas de verdad», comenta Lau. Sin embargo, mientras ella escuchaba la charla con asombro, otros no pudieron esperar. Andrea Young, físico de la materia condensada de la Universidad de California en Santa Bárbara, abandonó la sala para regresar a toda prisa a su laboratorio. Su equipo era uno de los pocos del mundo que ya estaban explorando el efecto de rotar capas de grafeno en busca de ciertos comportamientos extraños que habían sido predichos poco antes. Young revisó los artículos que el grupo de Jarillo-Herrero acababa de publicar en la revista Nature, donde habían aparecido en línea dos días antes, y encontró lo que necesitaba para reproducir el experimento. Pero aquello resultó más difícil de lo esperado: no lo consiguió hasta el mes de agosto, tras unir fuerzas con un grupo de la Universidad de Columbia liderado por su amigo Cory Dean. «Nosotros lo habíamos replicado muchas veces», afirma Jarillo-Herrero. Pero tener la confirmación de un segundo grupo les dio «una tranquilidad tremenda», reconoce.

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