EQUIPO DE INVESTIGACIÓN
Investigadores principales: Adrian Bachtold, Carmen Rubio y Frank Henricus Louis Koppens (ICFO-Institut de Ciències Fotòniques, Barcelona)
Miembros del equipo: Pablo David Jarillo Herrero (Instituto Tecnológico de Massachusetts, Estados Unidos); Ekaterina Khestanova (ICFO-Institut de Ciències Fotòniques); Giulia Piccinini (ICFO-Institut de Ciències Fotòniques); Amir Yacoby (Universidad de Harvard, Estados Unidos).
DESCRIPCIÓN
Cuando algunos materiales se enfrían hasta casi el cero absoluto (es decir, 273,15ºC bajo cero, la temperatura mínima posible), sus electrones se asocian por pares y eso les permite fluir por el material sin resistencia alguna. Este fenómeno se conoce como superconductividad, y determinados materiales son capaces de exhibirla incluso a temperaturas algo más elevadas, por encima de unos -190ºC. Pero el mecanismo mediante el que actúa esta versión de la superconductividad, llamada de alta temperatura, aún no se conoce con precisión. El objetivo del proyecto seleccionado en el área de física y química es emplear el grafeno para desentrañar este fenómeno, que en el futuro podría abrir la puerta a una transmisión ultra eficiente de la energía eléctrica, sin resistencia a la corriente, de manera generalizada.
En las últimas décadas se han sucedido los intentos de construir sistemas físicos que puedan imitar este comportamiento o, al menos, sus aspectos clave, pero ni los más prometedores son capaces de enfriarse lo suficiente como para llegar a manifestar la superconductividad. El equipo investigador utilizará un sistema físico novedoso en el que, según esperan, la superconductividad emergerá de forma natural.
Este sistema físico estará basado en el grafeno, un material que consiste en una capa finísima de carbono y que tiene propiedades físicas excepcionales. Una de ellas la descubrió en 2018 Pablo Jarillo-Herrero, titular de la cátedra Cecil and Ida Green de Física en el MIT, que forma parte del equipo de investigación del proyecto. “Cogimos una lámina de grafeno, la pusimos encima de otra y las rotamos de forma que el ángulo entre las dos estructuras fuera de solo un grado, y ¡boom!, el material se vuelve superconductor”, explica Jarillo-Herrero. Los investigadores esperan que este insólito comportamiento del grafeno abra la puerta a construir un sistema físico que exhiba la superconductividad de alta temperatura y, a la vez, que sea lo suficientemente sencillo como para poder estudiar en detalle el mecanismo por el que ocurre este fenómeno.
“Llevamos 50 años sin entender cómo funcionan los superconductores de alta temperatura”, afirma Carmen Rubio, catedrática de Física en el ICFO: “Me imagino un futuro en el que somos capaces de diseñar materiales sabiendo a qué temperatura van a ser superconductores. Ahora mismo estamos muy lejos de eso, pero sería muy útil poder hacerlo”.
El equipo espera que su nuevo sistema permita estudiar además fenómenos como el magnetismo, que se cree que juega un papel clave en la superconductividad de alta temperatura, u otros en los que los electrones interactúan entre sí. Se convertiría así en un simulador cuántico basada en electrones, apunta Frank Koppens, catedrático ICREA en el ICFO: “La idea de emplear los electrones para un simulador cuántico ya existía, pero era muy difícil de implementar técnicamente ya que no se conseguía que los electrones estuvieran lo suficientemente cerca unos de otros. Pero hace dos años logramos crear sistemas en los que los electrones estaban muy cerca y sus interacciones eran muy fuertes”.
“Si nuestro sistema funciona, constituirá una herramienta completamente nueva para estudiar la materia cuántica. Es un proyecto de ciencia básica que esperamos que abra la puerta a muchísimas investigaciones en laboratorios por todo el mundo”, concluye Adrian Bachtold, catedrático de Física en el ICFO.