Un equipo de científicos del Instituto de Tecnología de Massachusetts en Cambdrige (EE UU) liderado por el investigador valenciano Pablo Jarillo-Herrero acaba de descubrir una nueva y fascinante propiedad del grafeno que podría revolucionar la física teórica: se vuelve superconductor cuando se disponen dos capas de un solo átomo de espesor, de modo que el patrón de los átomos de carbono de una está desplazado con respecto al de la otra en un ángulo de 1,1º; lo que han denominado 'ángulo mágico'.
Aunque el sistema aún tiene que ser enfriado a 1,7 grados sobre el cero absoluto, el resultado da a entender que podría conducir electricidad como lo hacen unos superconductores de alta temperatura ya conocidos -es decir, un material capaz de transportarla sin pérdidas- y eso ha apasionado a los físicos. El hallazgo se acaba de publicar en la revista Nature. La físico de la Universidad Stanford de California y premio Nobel, Robert Laughlin, avanzó que "podemos esperar un frenesí de actividad experimental en los próximos meses".
La noticia también ha abierto expectativas en Galicia, ya que muchos grupos de investigación trabajan con grafeno en la actualidad. Es el caso del investigador Diego Peña, del Centro de Investigación en Química Biolóxica e Materiais Moleculares (CiQUS) de Santiago.
"Desde hace décadas hay mucho interés en conseguir materiales superconductores, es decir que permitan conducir corriente eléctrica sin resistencia. Esto tendría lógicamente un gran impacto económico", avanza el experto. Los escollos que hacían avanzar lentamente la investigación, según el profesor son que "los materiales superconductores hasta ahora solo lo son a temperaturas muy bajas, y en esas condiciones no compensa emplearlos en la mayoría de aplicaciones". Y otro, "no se entendía bien cómo funcionaban" y requerían un gran número de experimentos. "Este trabajo es un gran avance en ese segundo punto", valora Diego Peña, "ya que se introduce en el campo una nueva familia de superconductores en los que se puede dominar esta propiedad". "Que sea grafeno es una ventaja adicional, porque es un material ya muy estudiado, se entiende perfectamente y es relativamente fácil de implementar en dispositivos", añade. Eso sí, queda por resolver la bajísima temperatura a la que fue logrado: entre -273 y -140ºC.
Demasiado frío
"Si pones dos láminas de grafeno una encima de otra y las giras 1,1º, la estructura de la banda de energía del grafeno cambia, de tal forma que los electrones se mueven de otro modo y se mueven superconductores", resume el profesor de la USC e investigador del grupo de Magnetismo y Nanotecnología del CiQUS, Francisco Rivadulla. Eso sí, la temperatura tan próxima al cero absoluto impedirá -al menos a priori, las aplicaciones prácticas-, coincide. "Es interesante porque nunca nadie había observado un superconductor bidimensional en el que pudieras cambiar la temperatura crítica moviendo una capa", añade Rivadulla. Desde el punto de vista teórico, además de suponer un reto, "nos puede ayudar a entender cómo funcionan otros superconductores a temperatura ambiente y otras interacciones electrónicas". El fenómeno no es importante porque vaya a tener una aplicación práctica en un tiempo cercano" [el nitrógeno líquido solo puede enfriar hasta los -90ºC], afirma, "si no porque abre un nuevo campo y muchas expectativas desde el punto de vista teórico: acaban de encontrar una nueva familia de conductores basados en carbono. A lo mejor, una nueva física para describir la superconductividad". Hay grandes electroimanes en hospitales, por ejemplo, que son superconductores.
Entre quienes trabajan en el ámbito del descubrimiento se encuentra el investigador J. Fernández-Rossier, del International Iberian Nanotechnology Laboratory de Braga. El experto aseguró a FARO que "este trabajo es probablemente uno de los cinco descubrimientos más importantes en el campo de Física de la Materia Condensada en los últimos 20 años". "El trabajo del grupo del profesor Pablo Jarillo-Herrero en EE UU es extraordinariamente relevante por varios motivos: en primer lugar se trataría de la primera vez que un material hecho 100% con átomos carbono se convierte en superconductor. En segundo lugar, las propiedades electrónicas del sistema -dos cristales bidimensionales de grafeno apilados- se derivan del ángulo de alineamiento de dichos cristales. Con idéntica composición química, otros ángulos de alineamiento dan lugares a propiedades electrónicas muy diferentes", valora. A eso añade que el experimento establece de manera fehaciente que "la superconductividad tiene lugar cuando se añaden, de manera controlada eléctricamente por efecto transistor, portadores cuando el sistema se encuentra en una fase aislante que viene originada por interacciones fuertes. Esta fase es conocida como 'aislante de Mott'". Pues bien, podría servir para desentrañar el mecanismo de la superconductividad en esa importante clase de materiales.
"El trabajo en cuestión abre una línea de investigación completamente inesperada en el ámbito de materiales basados en carbono, como el grafeno, y lo vincula a sistemas muy diferentes químicamente, como los cupratos superconductores, cuya complejidad ha impedido la comprensión del mecanismo que les hace superconductores a temperaturas relativamente altas. La observación de una fenomenología muy parecida, en un contexto químico muy sencillo, debería permitir avanzar en este misterio", añadió Fernández-Rossier.
Los expertos se han mostrado sorprendidos desde el punto de vista químico porque un experimento "tan sencillo" origine una propiedad "de tanta relevancia".
