Físicos del MIT Confirman Superconductividad No Convencional en Grafeno Tricapa de Ángulo Mágico

Investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) han obtenido una confirmación empírica fundamental de la superconductividad no convencional en el grafeno tricapa retorcido de ángulo mágico (MATTG). Este hallazgo, documentado en la revista Science, representa la evidencia más directa hasta la fecha de que el MATTG manifiesta un estado superconductor caracterizado por una brecha superconductora distintiva con un perfil en forma de V.

El avance se centra en la implementación de una plataforma experimental novedosa que combina mediciones de transporte eléctrico con espectroscopía de efecto túnel. Esta metodología permitió la observación directa de la brecha energética únicamente cuando el material alcanzaba una resistencia eléctrica nula. La brecha observada, con su perfil en forma de V, contrasta significativamente con el perfil plano y uniforme típico de los superconductores convencionales, lo que sugiere un mecanismo de apareamiento electrónico intrínsecamente diferente y potencialmente más estable.

Este descubrimiento es crucial para la física de la materia condensada, ya que proporciona una base empírica para la comprensión de fenómenos que no se explican mediante la teoría BCS tradicional, la cual se basa en la interacción electrón-fonón. El equipo de investigación incluyó a los coautores principales Shuwen Sun, estudiante de posgrado del Departamento de Física del MIT, y Jeong Min Park, quien completó su doctorado (PhD '24). La investigación también contó con la colaboración de Kenji Watanabe y Takashi Taniguchi del Instituto Nacional de Ciencia de Materiales de Japón.

El profesor Pablo Jarillo-Herrero, profesor Cecil and Ida Green de Física en el MIT y autor principal del estudio, indicó que la comprensión profunda de un superconductor no convencional podría ser determinante para el diseño de materiales que alcancen la superconductividad a temperatura ambiente. La observación de esta brecha en forma de V, que desaparece al superar la temperatura y el campo magnético críticos, es consistente con un parámetro de orden nodal, lo que diferencia al MATTG de los sistemas convencionales donde el apareamiento electrónico es más débil.

El grafeno, material compuesto por una sola capa de átomos de carbono dispuestos hexagonalmente, ha sido objeto de intensa investigación desde su aislamiento en 2004. La manipulación de sus capas apiladas en ángulos específicos, como el ángulo mágico de 1.1 grados en el grafeno bicapa, ha revelado propiedades electrónicas singulares. La confirmación de este estado en el MATTG amplía la familia de superconductores de ángulo mágico multicapa, que ya incluye estructuras de cuatro y cinco capas, estableciendo un linaje robusto para la exploración de fenómenos impulsados por interacciones electrónicas fuertes.

La implicación a largo plazo de este avance es considerable, dado que la comprensión de estos mecanismos no convencionales es vital para el desarrollo de tecnologías prácticas, como la transmisión de energía sin pérdidas o la computación cuántica avanzada, al reducir la dependencia de los sistemas de refrigeración criogénica que actualmente limitan a los superconductores existentes. La colaboración con el Instituto Nacional de Ciencia de Materiales de Japón, cuyos investigadores han sido fundamentales en el suministro de cristales de hBN de alta calidad, subraya el carácter colaborativo de estos avances en la física de vanguardia.