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Si bien los titulares sobre el grafeno, catalogado por muchos como un material milagroso, han disminuido, eso no implica que la investigación esté paralizada. Por el contrario, cuanto más se exploran los materiales de un átomo de espesor, más características sorprendentes exhiben.

Una muestra de esta afirmación se ve reflejada en dos estudios realizados por investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) y la Universidad de Harvard, cuyos resultados muestran que se puede ajustar dos láminas de grafeno para que se comporte en dos extremos eléctricos: como un aislante, en el que los electrones están completamente bloqueados; y como un superconductor, en el cual la corriente eléctrica puede fluir sin resistencia.

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La interacción de las dos capas da lugar a nuevos estados electrónicos que, dependiendo del número de electrones que contienen, tienen un efecto de aislamiento eléctrico o conducen la electricidad sin ninguna resistencia.

En el pasado, los investigadores han podido sintetizar superconductores de grafeno colocando el material en contacto con otros metales superconductores; sin embargo, esta vez, encontraron la manera de hacer grafeno superconductor por sí mismo, lo que demuestra que la superconductividad puede ser una cualidad intrínseca en el material puramente basado en el carbono.

Representación gráfica de dos capas de grafeno rotadas a un ángulo de 1.1 grados, una torsión que crea un efecto muaré, el cual le confiere propiedades aislantes y superconductoras.

Los físicos lograron esto creando una “superred” de dos láminas de grafeno superpuestas juntas, muy ligeramente desalineadas, en un ángulo de 1.1 grados. Como resultado, el característico patrón hexagonal en forma de panal se compensa ligeramente, creando una configuración de muaré precisa que induce peculiares interacciones fuertemente correlacionadas entre los electrones en las láminas de grafeno.

Los investigadores encontraron que cuando las láminas de grafeno se rotan en el ángulo específico, las dos láminas de grafeno exhiben un comportamiento no conductivo; sin embargo, cuando los científicos aplicaron voltaje y agregaron pequeñas cantidades de electrones a la superred de grafeno, descubrieron que, en cierto nivel, los electrones salían del estado aislante inicial y fluían sin resistencia, como a través de un superconductor.

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Probablemente lo más llamativo de estos resultados es que los investigadores pueden ajustar el grafeno para comportarse tanto como un aislante, como un superconductor, y cualquier fase intermedia, exhibiendo todas estas diversas propiedades en un sólo dispositivo. Esto está en contraste con otros métodos, en los que los científicos han tenido que cultivar y manipular cientos de cristales individuales, cada uno de los cuales puede comportarse en una sola fase electrónica.

El investigador Pablo Jarillo-Herrero, profesor de física en el MIT y coautor de los estudios, comenta: “Ahora podemos usar el grafeno como una nueva plataforma para investigar la superconductividad no convencional. También se puede imaginar hacer un transistor superconductor con grafeno, que se pueda alternar entre ser superconductor a aislante. Eso abre muchas posibilidades, en especial para dispositivos cuánticos.”

Referencias:

Unconventional superconductivity in magic-angle graphene superlattices. Nature, 2018. doi:10.1038/nature26160

Correlated insulator behaviour at half-filling in magic-angle graphene superlattices. Nature, 2018. doi:10.1038/nature26154

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