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Grafeno, el nuevo superconductor

El grafeno, el más delgado de los materiales del planeta, puede ser un superconductor de calor y de electricidad

La Razón (Edición Impresa) / Kenneth Chang

23:27 / 11 de diciembre de 2019

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 (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 investigaron todo lo que pudieron y la mayoría pasó a otras cosas. “Hasta el año pasado, el grafeno estaba pasando lentamente de moda”, señaló Pablo Jarillo-Herrero, físico en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT). Sin embargo, en 2018, físicos del MIT descubrieron que empalmar dos hojas de ese material, rotadas en 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.

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

Si se alinean perfectamente capas de grafeno, 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 saltar 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. 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 publicado 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 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 solo 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.

* Columnista y periodista científico de The New York Times. © The New York Times, 2019.

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