EL MATERIAL DEL FUTURO
Descubierta una
nueva propiedad del grafeno que revolucionará el mundo de la física.
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Un equipo del MIT logra por primera que
se convierta en superconductor
El grafeno, una malla de átomos de carbono, dispuestos
en hexágonos.
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Imagínese que pudiera cortar en láminas extremadamente
finas, de tan solo un átomo de espesor, la viruta que se obtiene al sacarle
punta a un lápiz. Si a continuación observara esas láminas al microscopio, vería
una malla de átomos de carbono, dispuestos en hexágonos. Es el grafeno, un material bidimensional con unas propiedades
asombrosas: además de ser el más fino que existe,
muy ligero y flexible, a la vez que cientos de veces más duro que el acero y más conductivo que
el cobre.
Ahora un equipo de científicos del Instituto de
Tecnología de Massachusetts (MIT), en Cambridge (EE.UU.) liderado por el investigador
valenciano Pablo
Jarillo-Herrero, acaban de descubrir una
nueva y fascinante propiedad de este supermaterial que podría revolucionar la
física teórica.
Cuando colocan dos capas de grafeno, una sobre otra
pero rotadas con el ángulo mágico (1,1 grados), el sistema que resulta actúa como los materiales superconductores no
convencionales. (Yuan Cao y Pablo Jarillo-Herrero)
Han dispuesto dos láminas de grafeno, una encima de
otra, pero no perfectamente alineadas, sino una de ellas girada con un ‘ángulo mágico’. En esa disposición exclusivamente los investigadores
han visto que ese ‘sándwich’ de grafeno es capaz de conducir electrones sin resistencia. Es decir, se convierte en un superconductor,
un material capaz de transportar electricidad sin pérdidas.
“Es
la primera vez que se consigue este tipo de superconductividad en una
estructura de este tipo, donde tienes una capa encima de otra, ninguna de las
cuales es superconductora, y que simplemente por jugar con el ángulo de rotación aparece esta propiedad de
la superconductividad. Es bastante extraordinario y no se había
logrado nunca”, explica Jarillo-Herrero a Big Vang en una entrevista.
La superconductividad, una propiedad de
algunos materiales que se descubrió hace alrededor de un siglo, podría
revolucionar la trasmisión de energía, los sistemas de transporte e incluso los
escáneres en medicina. De hecho, actualmente ya se emplean superconductores en
los escáneres de resonancia magnética; o para crear campos magnéticos muy
grandes, como en los aceleradores de partículas, apunta Àlvar Sànchez, físico del grupo de
superconductividad de Universitat
Autònoma de Barcelona (UAB).
Hasta
el momento se conocían dos tipos de superconductores:
- Convencionales, que son metales que han de enfriarse a temperaturas del cero absoluto.
- No convencionales, que mayoritariamente no son buenos metales, y que pueden superconducir electricidad a una temperatura más elevada que los anteriores, aunque el mecanismo por el que funcionan es un enigma de la física.
El
principal problema que presentan es que, para
funcionar, necesitan hacerlo a muy bajas temperaturas, entre -273
y -140ºC, por
lo que se debe dedicar mucha energía a refrigerarlos. De ahí que por el momento
se utilicen de forma limitada.
No
obstante, los resultados de Jarillo-Herrero y su grupo, que se recogen en dos
artículos en Nature esta semana, podrían abrir la puerta a entender mejor cómo
funcionan los superconductores no convencionales y dar un paso más hacia poder
usarlos en el día a día a temperatura ambiente.
“El
grafeno es un material muy particular en el que sus propiedades electrónicas
cambian dependiendo del número de capas. Hasta hace poco siempre se usaban
capas alineadas, hasta que unos investigadores se dieron cuenta de que no tenía
por qué ser así y predijeron que si se rotaban las capas, eso daría lugar a un
objeto inusual con unas propiedades muy especiales, puesto que los electrones
se comportarían de forma distinta”, dice Jarillo-Herrero.
Este investigador y su grupo han descubierto que cuando se superponen las dos capas de grafeno con un
ángulo de 1,1º, el ‘ángulo mágico’,
como lo denominan en el trabajo, y
las enfrían a 1,7 grados por encima del cero absoluto, tienen un
comportamiento aislante: los
electrones en esas capas interactúan de forma muy fuerte y no se mueven. Pero al inducir una pequeña densidad de carga
eléctrica al estado aislante, el grafeno se vuelve superconductor de forma completamente controlada.
“Hemos
comprobado que esta estructura de grafeno tiene propiedades extraordinarias,
algunas estaban predichas y otras son inesperadas. La gran relevancia de estos
artículos es que abre un nuevo campo de propiedades que antes no se conocían
del grafeno”, considera Jarillo-Herrero.
Aunque
este descubrimiento está aún lejos de tener aplicaciones directas, para el
investigador valenciano, “si llegamos a entender muy bien este fenómeno de la
superconductividad no convencional, algún día podremos llegar a hacer
superconductores a temperaturas más elevadas y, por tanto, que tengan
aplicaciones más extendidas”.
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El
grafeno avanza...
Esta investigación, financiado
por la Fundación Nacional para la Ciencia de los EEUU y la Fundación Gordon y Betty
Moore, el Moore de la ley de Moore y fundador de Intel, es para el
investigador Icrea Frank Koppens, físico del ICFO- Institut de Ciències
Fotòniques experto en grafeno, “uno de los trabajos científicos más importantes
que he visto en mi carrera como investigador. Han descubierto un nuevo tipo de
superconductividad en un sistema totalmente controlable y además pueden pasar
de aislante a superconductor de forma controlada. Es un nuevo tipo de física”.
FRANK KOPPENS-ICFO
Según
este investigador, que no ha participado en ninguno de los dos estudios, “lo
que limitaba a los superconductores hasta el momento era que no se entendía del
todo cómo funcionaban y no se tenía el suficiente control. Esta es la primera
vez que se crean casi desde cero, que los pueden controlar, encender y apagar.
Tampoco nunca antes se había visto que se pudiera pasar de un aislante perfecto
a un superconductor perfecto, algo que a priori parece contrario al sentido
común”.
Para Sànchez, de la UAB, “estos resultados
son muy interesantes porque han descubierto una nueva familia de
superconductores en un sistema tan interesante como el grafeno. Y este nuevo
sistema es un banco de pruebas para entender la física de los superconductores
no convencionales, que se utilizan sin entender el mecanismo. Podría abrir la
puerta a desarrollar desde sensores mucho más sensibles a ordenadores cuánticos”.