Descubren que el grafeno es un superconductor

Un equipo de físicos han conseguido que las láminas desalineadas del material de carbono conduzcan electricidad sin resistencia.

Grafeno

La superconductividad es una cualidad que designa a aquellos materiales que, al ser enfriados, dejan de ejercer resistencia y permiten el paso de la corriente eléctrica sin que se produzca una pérdida energética.

La mayoría de los superconductores funcionan solo a temperaturas cercanas al 0 absoluto. Durante décadas, se ha buscado un material de estas características a temperatura ambiente. Ahora, gracias a un nuevo estudio llevado a cabo por el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en Cambridge, se ha descubierto que el grafeno presenta esta misma propiedad.

Los científicos aseguran que disponer de dos capas de grafeno de un átomo de grosor puede convertir el material en un superconductor. Según explican, los resultados sugieren que puede conducir la electricidad de manera muy similar a los superconductores de alta temperatura conocidos (capaces de conducir la electricidad sin resistencia alrededor de -140ºC de máxima).

El hallazgo ha sido todo un acontecimiento pues, al eliminar la necesidad de un costoso enfriamiento, podría ser capaz de revolucionar la transmisión de energía, la utilización de los escáneres médicos e incluso, el transporte. Y es que presenta propiedades impresionantes. Sus láminas, por ejemplo, hechas de capas simples de átomos de carbono dispuestas en hexágonos, son más fuertes que el acero y conducen la electricidad mejor que el cobre.

Los últimos estudios sugieren que el comportamiento superconductor del grafeno no es convencional (pues su actividad no puede ser explicada por la teoría dominante de la superconductividad), y tiene un paralelismo con la actividad observada en otros superconductores no convencionales, llamados ‘cupratos’.

El “ángulo mágico”

El físico español y director del proyecto, Pablo Jarillo-Herrero, del MIT, y su equipo no estaban buscando superconductividad cuando trabajaban en su experimento, sino que exploraban cómo la orientación, apodada “el ángulo mágico”, podría afectar al grafeno.

Capas de grafeno
A la derecha, un material compuesto por dos capas de grafeno, retorcidas en un ángulo de 1.1º, muestra propiedades superconductoras. Crédito: MIT

Los teóricos han asegurado que compensar los átomos entre capas de materiales 2D en este ángulo particular (de 1,1°) podría inducir a los electrones (que se deslizan a través de las láminas) a interactuar de forma interesante.

El equipo vio inmediatamente un comportamiento inesperado en su configuración de dos hojas. Primero, las mediciones de la conductividad del grafeno y la densidad de las partículas que llevan carga indicaban que la construcción se había convertido en un aislante Mott, es decir, un material que tiene todos los ingredientes para conducir electrones, pero cuyas interacciones entre las partículas impiden que fluyan. Después, los investigadores aplicaron un pequeño campo eléctrico para alimentar a unos portadores de carga extra en el sistema, convirtiéndolo así en un superconductor.

La existencia de un estado aislante tan cercano a la superconductividad es un sello distintivo de los superconductores no convencionales como los cupratos. Los investigadores vieron patrones muy similares a los observados para los cupratos, lo que proporcionó aún más la evidencia de que los materiales pueden compartir un mecanismo superconductor.

Gracias a este descubrimiento, los dispositivos basados ​​en grafeno serán más fáciles de estudiar que los cupratos, lo que los convierte en plataformas útiles para explorar los secretos de la superconductividad.

 

Referencia: “Surprise graphene discovery could unlock secrets of superconductivity”  Nature (2018) DOI: 10.1038 / d41586-018-02773-w

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