Investigadores han presenciado cómo un superfluido en grafeno detiene su movimiento, pasando a un supersólido: una fase cuántica que combina orden similar al de un sólido con flujo sin fricción. Este avance, logrado en grafeno bicapa bajo condiciones específicas, desafía suposiciones arraigadas sobre la materia cuántica. Los hallazgos, publicados en Nature, marcan la primera observación natural de dicha fase sin restricciones artificiales.
La materia cuántica a menudo desafía las expectativas clásicas. Hace más de un siglo, los científicos descubrieron que el helio a temperaturas ultrabajas se convierte en un superfluido, fluyendo sin resistencia y mostrando rasgos extraños como trepar por las paredes de los contenedores. Durante décadas, los investigadores se preguntaron qué ocurre si dicho fluido se enfría aún más, potencialmente formando un supersólido: un estado con estructura cristalina pero propiedades similares a un líquido. Un equipo liderado por Cory Dean de la Universidad de Columbia y Jia Li de la Universidad de Texas en Austin abordó esto en experimentos con grafeno bicapa. Al apilar dos láminas de carbono de un átomo de grosor y ajustar una con electrones extra y la otra con huecos, crearon excitones: cuasipartículas que, bajo campos magnéticos intensos, actúan colectivamente como un superfluido. Al ajustar la densidad de excitones y la temperatura, ocurrió un cambio inesperado. A altas densidades, los excitones fluían libremente. Al reducir la densidad, el flujo se detenía, convirtiendo el sistema en un aislante: un estado similar al sólido. Aumentar entonces la temperatura revivía el comportamiento superfluido, invirtiendo las transiciones de fase típicas. «Por primera vez, hemos visto un superfluido sufrir una transición de fase para convertirse en lo que parece un supersólido», dijo Dean. Li añadió: «La superfluidez se considera generalmente el estado fundamental a baja temperatura. Observar una fase aislante que se funde en un superfluido es sin precedentes. Esto sugiere fuertemente que la fase a baja temperatura es un sólido de excitones altamente inusual». El equipo, que incluía a Yihang Zeng (ahora en la Universidad de Purdue), utilizó mediciones de transporte para detectar estos cambios. Dean señaló limitaciones: «Nos quedamos especulando un poco, ya que nuestra capacidad para interrogar aislantes se detiene un poco». Trabajos futuros exploran otros materiales 2D, donde excitones más ligeros podrían permitir supersólidos a temperaturas más altas, sin campos magnéticos. Este descubrimiento resalta el papel del grafeno en la exploración de fases cuánticas, potencialmente avanzando la comprensión de estados de materia exóticos.
