Físicos del MIT han observado evidencia directa de superconducción no convencional en grafeno trilámina torcido a ángulo mágico, revelando un gap de energía distintivo en forma de V. Este avance sugiere un emparejamiento de electrones impulsado por interacciones fuertes en lugar de vibraciones de la red. Los hallazgos, publicados en Science, podrían allanar el camino para superconductoras a temperatura ambiente.
Los superconductoras permiten que la electricidad fluya sin resistencia, impulsando tecnologías como escáneres de resonancia magnética y aceleradores de partículas. Sin embargo, los convencionales requieren temperaturas extremadamente bajas, limitando su uso. Los investigadores buscan materiales no convencionales que podrían operar en condiciones más cálidas, revolucionando potencialmente las redes energéticas y las computadoras cuánticas.
En un avance clave, físicos del MIT estudiaron grafeno trilámina torcido a ángulo mágico (MATTG), creado apilando tres láminas de grafeno de grosor atómico a un ángulo preciso. Esta configuración altera las propiedades del material, fomentando efectos cuánticos. Trabajos anteriores insinuaron superconducción no convencional en MATTG, pero el nuevo estudio proporciona la confirmación más clara hasta ahora.
El equipo midió el gap superconductor, que muestra la fuerza del estado superconductor. A diferencia del gap suave y plano en superconductoras convencionales, el gap de MATTG forma una V afilada, indicando un mecanismo diferente. "El gap superconductor nos da una pista sobre qué tipo de mecanismo puede llevar a cosas como superconductoras a temperatura ambiente que eventualmente beneficiarán a la sociedad humana", dice la coautora principal Shuwen Sun, estudiante de posgrado en el Departamento de Física del MIT.
Usando una configuración novedosa que combina espectroscopía de túnel y mediciones de transporte eléctrico, los investigadores confirmaron que el gap aparece solo en resistencia cero, el sello distintivo de la superconducción. A medida que las temperaturas y los campos magnéticos cambiaban, la forma de V persistía, señalando pares de electrones fuertemente unidos como moléculas.
"En superconductoras convencionales, los electrones en estos pares están muy lejos uno del otro y débilmente unidos", explica la coautora principal Jeong Min Park, PhD '24. "Pero en grafeno a ángulo mágico, ya podíamos ver señales de que estos pares están muy fuertemente unidos, casi como una molécula."
Este emparejamiento probablemente proviene de interacciones electrónicas fuertes, no de vibraciones atómicas. El descubrimiento se basa en experimentos de 2018 del grupo del autor principal Pablo Jarillo-Herrero, que lanzó la twistronics—un campo que explora materiales ultra-delgados torcidos.
"Entender bien un superconductor no convencional puede desencadenar nuestra comprensión del resto", dice Jarillo-Herrero, profesor Cecil and Ida Green de Física en el MIT. "Esta comprensión puede guiar el diseño de superconductoras que funcionen a temperatura ambiente, por ejemplo, que es algo así como el Santo Grial de todo el campo."
El equipo planea aplicar su técnica a otros materiales 2D, con el objetivo de descubrir nuevas fases cuánticas y avanzar tecnologías como sistemas de energía eficientes y computación cuántica. La investigación aparece en Science (DOI: 10.1126/science.adv8376).