Descubren un nuevo método para controlar la superconductividad con grafeno retorcido
Científicos de la Universidad Estatal de Ohio revelaron cómo el grafeno retorcido puede encender y apagar la superconductividad. Este avance podría revolucionar la electrónica y la tecnología cuántica.
FOTO: Investigadores descubren un nuevo método para manipular la superconductividad con grafeno
Un grupo de investigadores de la Universidad Estatal de Ohio descubrió una forma innovadora de controlar la superconductividad, un fenómeno que permite que la electricidad fluya sin pérdida de energía. Este avance se logró al combinar capas de grafeno retorcido con un material sintético similar al diamante, lo que permitió a los científicos activar y desactivar la superconductividad ajustando la interacción de los electrones con su entorno.
La superconductividad se presenta en ciertos materiales cuando son enfriados por debajo de una temperatura crítica, pero muchos de sus mecanismos subyacentes aún no se comprenden del todo. Comprender cómo se forma la superconductividad podría ayudar a diseñar mejores materiales y mejorar dispositivos electrónicos y cuánticos en el futuro.
El estudio, liderado por la profesora de física Chun Ning (Jeanie) Lau, se centró en un material especialmente diseñado conocido como grafeno bilayer retorcido. Este material se elabora apilando dos capas de carbono y rotando una ligeramente respecto a la otra. La investigación combinó esta estructura de grafeno con titanato de estroncio, lo que permitió a los científicos observar y modificar cómo interactuaban los electrones dentro del sistema.
Las interacciones electrónicas son fundamentales para determinar propiedades como el magnetismo y los enlaces químicos. En los superconductores, los electrones se emparejan de una manera especial que permite que la electricidad fluya sin resistencia. Al ajustar el entorno del material, el equipo descubrió que podían fortalecer o debilitar esas interacciones, logrando así encender y apagar la superconductividad.
"Los electrones normalmente se repelen entre sí, pero en los superconductores forman pares; esta formación de pares es clave para la capacidad de un superconductor de conducir electricidad sin disipación", explicó Lau. "Nuestra evidencia sugiere que los electrones, dependiendo de su sensibilidad a su entorno cercano, son inesperadamente importantes para los cambios en el material".
Uno de los hallazgos más sorprendentes del equipo fue que al aumentar ciertos ajustes dentro del material, la superconductividad se debilitaba en lugar de fortalecerse. Este comportamiento contrasta con lo que se observa típicamente en superconductores convencionales, donde reducir las fuerzas de repulsión entre electrones generalmente refuerza la superconductividad. Este resultado inesperado resalta cómo materiales inusuales como el grafeno bilayer retorcido pueden comportarse de manera muy diferente a los superconductores tradicionales.
La investigación, publicada en la revista Nature Physics, sugiere un método más sencillo para controlar las condiciones necesarias para crear superconductividad. Muchos superconductores de alta temperatura actuales enfrentan limitaciones que reducen su rendimiento, y los investigadores creen que manipular el entorno de estos materiales podría ofrecer una nueva forma de mejorar sus capacidades y aumentar la eficiencia en la electrónica futura.
Según el autor principal, Xueshi Gao, un estudiante de doctorado en física en Ohio State, el equipo espera que los resultados sean útiles para diversos experimentos y sistemas de materiales en el campo. "El mecanismo de la superconductividad en el sistema de grafeno bilayer retorcido que utilizamos aún no se comprende bien", afirmó Gao. "Pero nuestro resultado puede arrojar luz sobre y ayudar a las personas a entender mejor el concepto al aplicarlo a trabajos futuros".
Los científicos advierten que este trabajo representa un primer paso hacia la comprensión de un rango mucho más amplio de interacciones electrónicas complejas. La investigación futura explorará otros tipos de interacciones y abordará preguntas adicionales de física planteadas por el estudio.
"Estamos mostrando capacidades que no habíamos demostrado antes, por lo que muchas personas en el campo están muy emocionadas con este resultado", concluyó Lau. El equipo también incluyó a Aatmaj Rajesh, Emilio Codecido, Daria Sharifi, Zheneng Zhang, Youwei Liu y Marc Bockrath, junto con colaboradores de Imdea Nanoscience en España y del Instituto Nacional de Ciencia de Materiales en Japón. La investigación fue apoyada por el Departamento de Energía y la National Science Foundation.
Lectura rápida
¿Qué descubrieron los investigadores?
Encontraron una forma de controlar la superconductividad usando grafeno retorcido.
¿Quién lideró el estudio?
La profesora Chun Ning (Jeanie) Lau de la Universidad Estatal de Ohio.
¿Cómo lograron el descubrimiento?
Combinando capas de grafeno retorcido con titanato de estroncio y manipulando el entorno de los electrones.
¿Por qué es importante este hallazgo?
Podría revolucionar la electrónica y la tecnología cuántica al permitir la creación de dispositivos más eficientes.
¿Qué futuro tienen estas investigaciones?
Se planean más experimentos para explorar interacciones electrónicas complejas y mejorar la comprensión de la superconductividad.
