Denominado como el “Descubrimiento del Año” en el mundo científico el año 2018, la superconductividad del grafeno fue revelada experimentalmente gracias a la destacada contribución teórica de un grupo de investigadores de la Institución.
Con descubrimientos ligados a la fibra de carbono o radioterapia avanzada, el 2018 fue un año de importantes avances científicos, entre ellos, uno que revolucionó a la comunidad de físicos en el mundo. Se trata de la superconductividad del grafeno, descubierta por un equipo del Massachusetts Institute of Technology (MIT) en EE.UU., la que se basó en la contribución teórica de un grupo de investigación de la Universidad Técnica Federico Santa María, quienes en el 2010 predijeron por primera vez este fenómeno.
El grupo del Departamento de Física conformado por Eric Suárez, Patricio Vargas, Mónica Pacheco, Zdenka Barticevic y el exalumno, Julián Correa, logró determinar teóricamente que un sistema compuesto por dos capas de grafeno rotadas podría presentar fenómenos de superconductividad o de ferromagnetismo, una situación impensada a la fecha. “El 2010, estudiando dos capas de grafeno, descubrimos que rotadas en cierto ángulo (llamado más tarde “ángulo mágico”), los electrones del material tienen velocidad cero, se detienen, lo que podría generar fenómenos de interacciones colectivas”, explica Eric Suárez.
Para entender esta situación, el investigador asemeja la superconductividad a un fenómeno social. “Similar a esto, sería un grupo de personas que se está moviendo de manera apurada, como ocurre normalmente, y de pronto las reunimos en una habitación sin posibilidad de salir. Por esa situación, eventualmente, comenzarán a interactuar”. Por definición, agrega Suárez, “la superconductividad permite la transmisión de corriente eléctrica sin resistencia”.
“Desafortunadamente existen muchos materiales superconductores, pero todos a muy bajas temperaturas, la temperatura más alta lograda es alrededor de -70 grados Celsius, lo que hace difícil su aplicación en la vida cotidiana. La superconductividad a temperatura ambiente es el gran reto que permanece aún para los físicos”, declara el investigador.
Contribución pionera
Sin embargo, la investigación del MIT, liderada por el físico español Pablo Jarillo-Herrero, logró una hazaña impensada para la comunidad científica descubriendo el “ángulo mágico” de 1.1 grados rotando dos capas de grafeno. Esta orientación especial de la bicapa de carbono, cambió radicalmente las propiedades de la doble placa convirtiéndola en un aislante y luego, con la aplicación de un campo eléctrico más fuerte, en un superconductor.
“Este hallazgo se convirtió en una especie de terremoto para la comunidad científica. Muchos no lo creían y decenas de grupos experimentales trataron de replicarlo logrando resultados exitosos, por lo tanto, hoy en día no hay ninguna duda de este fenómeno. Luego de este descubrimiento, muchos científicos experimentales han redireccionado su trabajo buscando encontrar otros materiales con estas características. Nosotros nos sentimos orgullosos pues nuestro trabajo teórico, pionero en el tema, ha sido reconocido como relevante para estos investigadores del MIT y para muchos otros que han continuado con esta investigación”, destaca el profesor del Departamento de Física.
Asimismo, Suárez agrega “lo que resulta completamente alucinante es que tienes dos capas de grafeno que separadas no son superconductoras, las pones en contacto y no para cualquier ángulo de rotación entre ellas, sino para este “ángulo mágico”, el material se convierte en superconductor. Y otro dato un poco técnico, es que la densidad electrónica en el estado superconductor es mil veces más pequeña que en otros superconductores. Esto añade otra perspectiva, nos indica otras rutas por las que se puede obtener la superconductividad y contribuiría a entender el fenómeno y ojalá lograr tener en el futuro superconductores a temperatura ambiente”, finaliza.
