El grafeno puede mantener múltiples estados de superconductividad, según un nuevo estudio

Un descubrimiento innovador ha surgido de una investigación realizada en el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), que revela que el grafeno -una sola capa de átomos de carbono- puede soportar múltiples estados distintos de superconductividad. Publicado en la prestigiosa revista *Nature*, el estudio desafía la comprensión convencional de la superconductividad, un fenómeno donde la electricidad fluye sin resistencia.

Sin embargo, el equipo del MIT descubrió que ciertas configuraciones de grafeno, específicamente el grafeno romboédrico de cinco capas, pueden sostener e incluso mejorar la superconductividad en presencia de campos magnéticos.

La investigación se centró en el grafeno romboédrico, una estructura natural dentro del grafito compuesta de cuatro o cinco capas de grafeno apiladas en un arreglo específico. A diferencia de los superconductores tradicionales, que generalmente exhiben una sola forma de superconductividad, este material alberga múltiples estados superconductores. Estos estados se manifiestan como diferentes formas en que los electrones se emparejan y se mueven a través del material sin resistencia.

Long Ju, físico del MIT y uno de los principales investigadores, enfatizó la importancia del hallazgo. "La gente podría suponer que se trata de un material de carbono simple y aburrido", dijo. "Pero podemos controlar este material ajustando ciertos 'botones' experimentales, como voltajes eléctricos. Así es como un material físico simple puede exhibir tantas propiedades superconductoras diferentes. La capacidad de manipular estados superconductores utilizando parámetros externos abre nuevas vías tanto para la exploración teórica como para aplicaciones prácticas en electrónica y transmisión de energía.

Los hallazgos del estudio sugieren que el grafeno romboédrico podría servir como una plataforma para investigar la superconductividad no convencional. Si bien los mecanismos exactos detrás de la persistencia y la mejora de la superconductividad en campos magnéticos siguen siendo poco claros, los investigadores han proporcionado datos experimentales sustanciales para guiar futuras investigaciones. La comprensión de estos fenómenos podría ofrecer información sobre los principios más amplios que rigen la superconductividad y potencialmente conducir al desarrollo de nuevos materiales con propiedades mejoradas.

La investigación fue realizada por un equipo multidisciplinario que incluía científicos del MIT y colaboradores de instituciones como la Universidad de Basilea en Suiza, la Universidad Estatal de Florida, la Universidad de Florida y el Instituto Nacional de Ciencia de los Materiales en Japón.

El grafeno romboédrico es parte de una clase creciente de materiales bidimensionales que muestran comportamientos electrónicos y magnéticos extraordinarios. Cuando las capas de grafeno se apilan y torcen en ángulos específicos, pueden dar lugar a fenómenos cuánticos inusuales. Sin embargo, a diferencia de las estructuras de grafeno de "ángulo mágico" artificiales creadas en laboratorios, el equipo del MIT exploró configuraciones romboédricas naturales. Estas estructuras, que se asemejan a los escalones de una escalera, se encontraron con propiedades electrónicas intrigantes que antes habían pasado desapercibidas.

Las implicaciones de este descubrimiento se extienden más allá de la curiosidad académica. Si los mecanismos subyacentes a la estabilidad de la superconductividad en campos magnéticos pueden entenderse completamente, podría allanar el camino para el desarrollo de materiales capaces de funcionar eficientemente en entornos de alto campo magnético, como los que se encuentran en aceleradores de partículas o dispositivos de imágenes médicas. Además, la capacidad de sintonizar estados superconductores a través de controles externos ofrece aplicaciones potenciales en computación cuántica y tecnologías avanzadas de sensores.

A medida que la comunidad científica continúa explorando las propiedades del grafeno romboédrico, es probable que otros experimentos se centren en dilucidar la física fundamental detrás de su comportamiento único. Los investigadores tienen como objetivo descubrir las condiciones precisas bajo las cuales surgen múltiples estados superconductores y cómo interactúan con los campos magnéticos. Estos estudios también podrían ayudar a identificar otros materiales con propiedades similares, expandiendo el alcance de la investigación de la superconductividad y sus aplicaciones prácticas.