Físicos del MIT revelan una nueva propiedad del grafeno que lo convierte en un superconductor muy peculiar y podría cambiar la computación cuántica

El grafeno es uno de los materiales más peculiares del planeta.
El grafeno es uno de los materiales más peculiares del planeta.

Reuters

  • Los físicos cuánticos siguen investigando de cerca las diferentes propiedades del grafeno, un material considerado exótico y que alberga en su interior secretos aún desconocidos.
  • En este caso, un equipo del MIT (Instituto Tecnológico de Massachusetts, en Estados Unidos) ha logrado que este se convierta en un superconductor, en intensidades de campo magnético muy elevadas.
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Desde los polos de la Tierra hasta los dispositivos de almacenamiento de memoria como los discos duros, existe una fuerza invisible que tiene especial relevancia para el mundo conocido. Y no tiene nada que ver con los midiclorianos que se expanden por el todo el universo de Star Wars.

Es el magnetismo, responsable de numerosos fenómenos, como la lectura y escritura para almacenar datos o las máquinas de resonancia magnética, por ejemplo. Estas últimas tienen su límite en campos magnéticos de entre 1 y 3 tesla, la unidad de medida en el Sistema Internacional.

Sin embargo, un equipo de físicos del Instituto Tecnológico de Massachusetts (comúnmente conocido como MIT, en Estados Unidos) ha dado con un material que experimenta una superconductividad realmente extraña, el denominado grafeno de 3 capas retorcidas de ángulo mágico, que puede soportar hasta 10 tesla y cuyas conclusiones han sido publicadas en Nature.

Así, hicieron una especie de sándwich de 3 capas de grafeno y observaron que era un superconductor incluso a intensidades realmente elevadas, tras probar en 2018 con 2 hojas de grafeno de ángulo mágico. Mientras que en este último la intensidad del campo magnético destruía su superconductividad, el primero era capaz de sorportarla.

“El valor de este experimento es lo que nos enseña sobre la superconductividad fundamental, sobre cómo se pueden comportar los materiales, de modo que con esas lecciones aprendidas, podamos intentar diseñar principios para otros materiales que serían más fáciles de fabricar y que tal vez podrían ofrecer mejor superconductividad”, ha explicado en un comunicado de prensa Pablo Jarillo-Herrero, profesor de física en el MIT.

Un superconductor muy peculiar

grafeno MIT superconductor

MIT / Cortesía de los investigadores

El grafeno de 3 capas responde a la perfección a lo que sería un material superconductor, es decir, que sus electrones –bosones, en este caso– se acoplan en parejas que viajan a través de dicho material, lo que se denomina pares de Cooper

En campos magnéticos muy elevados, la pareja de electrones se mueve en direcciones opuestas, mientras que en los inferiores, el par acelera a través del material, logrando la superconductividad.

Aunque, como en toda la física cuántica, existen algunos materiales peculiares. Es el caso del grafeno, considerado como exótico en dicha rama. Si a este se le somete a un campo magnético muy elevado, el par de Cooper seguirá la misma dirección, dando lugar a un superconductor apenas imperturbable. 

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Para observar dicho fenómeno, los físicos crearon el sándwich de grafeno de 3 capas, rotaron la del medio 1,56 grados y conectaron electrodos en los extremos para someter este a una corriente eléctrica. Por último, prendieron un imán grande con un campo orientado en paralelo al grafeno.

Lo que descubrieron fue sorprendente: mientras que aumentaban el campo magnético, la superconductividad seguía siendo fuerte, hasta desaparecer. Sin embargo, reapareció con una intensidad en su campo mucho más elevada, algo que nunca había ocurrido en este tipo de superconductores, denominados de espín Singlet. 

"En los superconductores de espín Singlet, si eliminas la superconductividad, nunca regresa, desaparece para siempre”, ha explicado Yuan Cao, postdoctorado del MIT y coautor del estudio. “Aquí, reapareció de nuevo; así que esto definitivamente dice que este material no es espín Singlet".

Un avance en computación cuántica

En este punto, entra en juego el límite de Pauli, una teoría física que limita el campo magnético en el que un material puede seguir siendo superconductor, por lo que la singularidad del grafeno de 3 capas es evidente y su aplicación en la computación cuántica y la resonancia magnética podría suponer un giro de guion en este ámbito.

“La computación cuántica regular es súper frágil”, ha asegurado Jarillo-Herrero. “Hace unos 20 años, los teóricos propusieron un tipo de superconductividad topológica que, si se realiza en cualquier material, podría [habilitar] una computadora cuántica donde los estados responsables de la computación son muy robustos. Eso daría infinitamente más poder para hacer computación". 

Aunque también ha afirmado que aún es muy temprano para saber si el grafeno de 3 capas es de este tipo, reconoce que su colocación junto a otros materiales podría diseñar ese tipo de superconductividad, un gran avance para la física cuántica.

 

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