Los investigadores han encontrado una forma de desencadenar lo innato, pero previamente escondido, capacidad del grafeno para actuar como superconductor, lo que significa que se puede hacer que lleve una corriente eléctrica sin resistencia.

El hallazgo, reportado en Comunicaciones de la naturaleza , mejora aún más el potencial del grafeno, que ya es ampliamente visto como un material que podría revolucionar industrias como la salud y la electrónica. El grafeno es una hoja bidimensional de átomos de carbono y combina varias propiedades notables; por ejemplo, es muy fuerte pero también ligero y flexible, y altamente conductivo.

Desde su descubrimiento en 2004, Los científicos han especulado que el grafeno también puede tener la capacidad de ser un superconductor. Hasta ahora, La superconductividad en el grafeno solo se ha logrado dopando con, o colocándolo sobre, un material superconductor, un proceso que puede comprometer algunas de sus otras propiedades.

Pero en el nuevo estudio, Los investigadores de la Universidad de Cambridge lograron activar el potencial latente del grafeno para superconducirse por derecho propio. Esto se logró acoplándolo con un material llamado óxido de praseodimio, cerio y cobre (PCCO).

Los superconductores ya se utilizan en numerosas aplicaciones. Debido a que generan grandes campos magnéticos, son un componente esencial en los escáneres de resonancia magnética y los trenes de levitación. También podrían usarse para fabricar líneas eléctricas y dispositivos energéticamente eficientes capaces de almacenar energía durante millones de años.

El grafeno superconductor abre aún más posibilidades. Los investigadores sugieren, por ejemplo, que el grafeno ahora podría usarse para crear nuevos tipos de dispositivos cuánticos superconductores para la computación de alta velocidad. Curiosamente, también podría usarse para probar la existencia de una forma misteriosa de superconductividad conocida como superconductividad de "onda p", que los académicos han estado luchando por verificar durante más de 20 años.

La investigación fue dirigida por el Dr. Angelo Di Bernardo y el Dr. Jason Robinson, Becarios en St John's College, Universidad de Cambridge, junto a los colaboradores el profesor Andrea Ferrari, del Cambridge Graphene Centre; Profesor Oded Millo, de la Universidad Hebrea de Jerusalén, y el profesor Jacob Linder, en la Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología en Trondheim.

"Se ha postulado durante mucho tiempo que, en las condiciones adecuadas, el grafeno debería sufrir una transición superconductora, pero no puedo ", Dijo Robinson." La idea de este experimento era, si acoplamos grafeno a un superconductor, ¿Podemos activar esa superconductividad intrínseca? La pregunta entonces es cómo sabes que la superconductividad que estás viendo proviene del propio grafeno, y no el superconductor subyacente? "

Se han adoptado enfoques similares en estudios anteriores que utilizan superconductores de base metálica, pero con un éxito limitado. "Colocar grafeno sobre un metal puede alterar drásticamente las propiedades, por lo que técnicamente ya no se comporta como cabría esperar, Di Bernardo dijo. "Lo que ves no es la superconductividad intrínseca del grafeno, sino simplemente el del superconductor subyacente que se transmite ".

El PCCO es un óxido de una clase más amplia de materiales superconductores llamados "cupratos". También tiene propiedades electrónicas bien conocidas, y utilizando una técnica llamada microscopía de barrido y tunelización, los investigadores pudieron distinguir la superconductividad en PCCO de la superconductividad observada en el grafeno.

La superconductividad se caracteriza por la forma en que interactúan los electrones:dentro de un superconductor, los electrones forman pares, y la alineación de espín entre los electrones de un par puede ser diferente dependiendo del tipo - o "simetría" - de superconductividad involucrada. En PCCO, por ejemplo, el estado de giro de los pares está desalineado (antiparalelo), en lo que se conoce como "estado de onda d".

Por el contrario, cuando el grafeno se acopló al PCCO superconductor en el experimento dirigido por Cambridge, los resultados sugirieron que los pares de electrones dentro del grafeno estaban en un estado de onda p. "Lo que vimos en el grafeno fue, en otras palabras, un tipo de superconductividad muy diferente al de PCCO, ", Dijo Robinson." Este fue un paso realmente importante porque significaba que sabíamos que la superconductividad no venía de fuera y que, por lo tanto, el PCCO solo era necesario para desencadenar la superconductividad intrínseca del grafeno ".

No está claro qué tipo de superconductividad activó el equipo, pero sus resultados indican claramente que se trata de la forma esquiva de "onda p". Si es así, el estudio podría transformar el debate en curso sobre si existe este misterioso tipo de superconductividad, y, de ser así, qué es exactamente.

En 1994, Investigadores en Japón fabricaron un superconductor triplete que puede tener una simetría de onda p utilizando un material llamado rutenato de estroncio (SRO). La simetría de la onda p de SRO nunca se ha verificado por completo, obstaculizado en parte por el hecho de que SRO es un cristal voluminoso, lo que dificulta la fabricación del tipo de dispositivos necesarios para probar las predicciones teóricas.

"Si la superconductividad de la onda p se está creando en el grafeno, el grafeno podría usarse como un andamio para la creación y exploración de un espectro completamente nuevo de dispositivos superconductores para áreas de investigación fundamental y aplicada, "Dijo Robinson." Tales experimentos conducirían necesariamente a una nueva ciencia a través de una mejor comprensión de la superconductividad de la onda p, y cómo se comporta en diferentes dispositivos y configuraciones ".

El estudio también tiene más implicaciones. Por ejemplo, sugiere que el grafeno podría usarse para hacer un dispositivo similar a un transistor en un circuito superconductor, y que su superconductividad podría incorporarse a la electrónica molecular. "En principio, dada la variedad de moléculas químicas que pueden unirse a la superficie del grafeno, esta investigación puede resultar en el desarrollo de dispositivos de electrónica molecular con nuevas funcionalidades basadas en grafeno superconductor, ", Agregó Di Bernardo.