Un “ángulo mágico” le da al grafeno una forma muy rara de superconductividad

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Un “ángulo mágico” le da al grafeno una forma muy rara de superconductividad

Los físicos del MIT han observado signos de un tipo raro de superconductividad en un material llamado grafeno de tres capas retorcidas de “ángulo mágico”. / MIT

El grafeno nos recuerda a un político corrupto, cada día se le encuentra una propiedad nueva. Sin embargo, a diferencia de estas infames personas, dicho nanomaterial ofrece ventajas a la humanidad. Una investigación descubrió que el grafeno de tres capas retorcidas de “ángulo mágico” sería un tipo de superconductor particularmente raro. Una buena noticia para el desarrollo de nuevos dispositivos.

De acuerdo al trabajo, publicado en Nature, científicos del MIT han apilado capas de grafeno de un solo átomo en ángulos ligeramente diferentes. Esto los llevó a crear un material que podría ser un superconductor «triplete de espín», el cual no se ve afectado por campos magnéticos altos, siendo potencialmente más útil.

“El valor del experimento es lo que nos enseña sobre la superconductividad fundamental, sobre cómo se pueden comportar los materiales”, dice el físico Pablo Jarillo-Herrero, del MIT. “Con esas lecciones aprendidas, podemos intentar diseñar principios para otros materiales más fáciles de fabricar, y que nos den una mejor superconductividad”.

Los materiales conductores

Los materiales superconductores podrían revolucionar nuestra tecnología. Conducen la electricidad sin perder calor, generando un desarrollo de nuestras redes eléctricas, nuestros dispositivos portátiles y mucho más. Claro, todo depende de si conseguimos que funcionen a temperaturas normales.

Por lo general, los electrones en los superconductores se acoplan en lo que se llama pares de Cooper. En ese proceso, cada par tiene giros opuestos (uno hacia arriba y otro hacia abajo), viajando a través del material enlazados.

Esa es la configuración convencional de spin-singlete, de todos modos. No obstante, los tipos raros de superconductores son triplete de espines, es decir que los electrones tienen el mismo espín. Fundamentalmente, esto significa que un campo magnético alto no perturba la interacción y la energía de ambos electrones se desplaza en la misma dirección.

El descubrimiento y sus potenciales usos

A través de una serie de experimentos, el equipo pudo demostrar que el grafeno de tres capas retorcidas en ángulo mágico continuaba comportándose como un superconductor en campos magnéticos de más de 10 Tesla.

Este nivel es 3 veces más de lo que se esperaría de un material singlete de espín. Además, la superconductividad desapareció y luego regresó a medida que aumentaba la fuerza del campo magnético.

“En los superconductores spin-singlete, si matas la superconductividad, nunca regresa, desaparece para siempre”, afirma el físico Yuan Cao del MIT. “En este caso, reapareció de nuevo. Entonces, definitivamente nos dice que el material no es spin-singlete”, agregó.  Aun así, se necesitan más estudios para verificar los estados de giro de los electrones en este tipo especial de grafeno.

Un área en la que los superconductores de tripletes de espín serían útiles es en los escáneres de resonancia magnética. Si estas máquinas pudieran operar bajo campos magnéticos más altos, producirían imágenes mucho más detalladas. Sin embargo, por ahora, todavía se requieren temperaturas ultrabajas en el laboratorio para que el material actúe como superconductor.

Asimismo, el material y sus propiedades raras se ven prometedoras en futuras investigaciones sobre computación cuántica. Una cuestión clave para hacer realidad la promesa de las computadoras cuánticas prácticas es mejorar su estabilidad, algo en lo que los superconductores de triplete de espín nos ayudarán.

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