Los investigadores han desarrollado un método experimental innovador que combina dos técnicas de medición cuántica. Al observar simultáneamente el fenómeno de "túnel" electrónico y la resistencia eléctrica, pudieron capturar en tiempo real la formación del estado superconductor. Este enfoque les permitió identificar una firma característica en forma de V en el "gap superconductor", una medida que revela cómo se organizan los electrones para permitir la superconductividad.
Los físicos utilizan una nueva plataforma para medir el gap superconductor del grafeno de "ángulo mágico". El método implica el "túnel" de electrones entre dos capas de grafeno triple torsionado (en amarillo) mientras se mide el estado superconductor del material. Estos experimentos muestran por primera vez evidencias claras de que el MATTG es un superconductor no convencional.
Crédito: Pablo Jarillo-Herrero, et al
A diferencia de los superconductores tradicionales donde el gap aparece uniforme, esta forma en V indica un mecanismo de acoplamiento electrónico radicalmente diferente. Los electrones parecen asociarse de manera mucho más estrecha, casi como si formaran moléculas. Esta particularidad muestra que las interacciones entre electrones, más que las vibraciones de la red atómica, serían el origen de la superconductividad en este material.
El grafeno de triple capa a "ángulo mágico" se obtiene superponiendo tres láminas ultradelgadas de carbono con una torsión precisa de aproximadamente 1,1 grados. Esta configuración modifica profundamente las propiedades electrónicas del material, creando condiciones propicias para la emergencia de fenómenos cuánticos inusuales. La capacidad de controlar estas propiedades mediante simple torsión abre el camino a una ingeniería fina de materiales cuánticos.
Este descubrimiento podría acelerar la investigación hacia superconductores que funcionen a temperatura ambiente. Al comprender mejor los mecanismos no convencionales en funcionamiento en estas estructuras de grafeno, los científicos esperan diseñar nuevos materiales utilizables para crear redes eléctricas sin pérdidas, imagen médica o computación cuántica.
Los investigadores planean ahora aplicar su método a otros materiales bidimensionales, buscando identificar nuevos candidatos superconductores. Este enfoque permite estudiar directamente cómo los electrones forman pares e interactúan con otros estados cuánticos, ofreciendo una ventana única al mundo microscópico de los materiales cuánticos.
El fenómeno de la superconductividad
La superconductividad representa un estado particular de la materia donde la resistencia eléctrica se vuelve exactamente cero. En este estado, la corriente eléctrica puede circular indefinidamente sin pérdida de energía, algo así como un fluido perfecto que fluiría sin fricción.
Este estado aparece generalmente a temperaturas extremadamente bajas, a menudo cercanas al cero absoluto (-273°C). Los materiales deben enfriarse usando helio o nitrógeno líquido, lo que limita considerablemente sus aplicaciones prácticas a pesar de su notable eficacia.
El mecanismo fundamental implica la formación de "pares de Cooper", donde dos electrones se asocian a pesar de su repulsión natural. En los superconductores convencionales, esta asociación está mediada por las vibraciones de la red cristalina, mientras que en los superconductores no convencionales, entran en juego interacciones electrónicas más complejas.
El descubrimiento de nuevos mecanismos de superconductividad abre la posibilidad de diseñar materiales que funcionen a temperaturas más elevadas, lo que revolucionaría el transporte y almacenamiento de energía.
El grafeno y sus propiedades excepcionales
El grafeno está constituido por una única capa de átomos de carbono dispuestos en red hexagonal, similar a una malla. Esta estructura bidimensional le confiere propiedades eléctricas y mecánicas notables que le valieron el premio Nobel de física a sus descubridores en 2010.
Material más delgado conocido, el grafeno es también extremadamente resistente y flexible. Su conductividad eléctrica excepcional lo convierte en un candidato ideal para la electrónica de nueva generación y las aplicaciones energéticas.
Cuando se superponen varias capas de grafeno torciéndolas ligeramente, se observa la aparición de propiedades cuánticas sorprendentes. El ángulo llamado "mágico" de aproximadamente 1,1 grados crea patrones de interferencia que modifican profundamente el comportamiento de los electrones.
Estas estructuras torsionadas constituyen una plataforma ideal para estudiar fenómenos cuánticos y explorar nuevos estados de la materia, haciendo del grafeno un material prometedor para la física fundamental y las tecnologías futuras.