El MIT confirma la superconductividad no convencional en MATTG

La superconductividad se produce cuando los electrones se emparejan, en lugar de dispersarse como ocurre en los conductores normales o en los materiales cotidianos. Estos pares de electrones se denominan «pares de Cooper», lo que crea un flujo de corriente perfecto y sin resistencia.

Esta extraordinaria propiedad is observado en superconductores cuando ellos se enfrían por debajo de una “temperatura crítica” específica. Además de permitir que la corriente fluya indefinidamente sin pérdida de energía, estos materiales también expulsan campos magnéticos, lo que les permite levitar.

Si bien los superconductores convencionales, como los de aluminio, requieren temperaturas muy bajas, los investigadores están desarrollando activamente nuevos métodos. materiales que pueden ser superconductores a temperaturas más altas, Temperaturas más prácticas, un paso que podría revolucionar las tecnologías energéticas y cuánticas.

Investigadores del MIT han logrado este importante avance. Han observado una distintiva brecha energética en forma de V. lo cual apunta a Superconductividad no convencional en grafeno de ángulo mágico, lo que supone un avance importante hacia los superconductores a temperatura ambiente.

Grafeno de ángulo mágico y 'twistrónica': cómo la rotación de capas cambia la física

Desde el descubrimiento del grafeno de “ángulo mágico”, ha generado gran expectación en el mundo científico, y los investigadores han descubierto una miríada de fenómenos cuánticos exóticos que van desde estados aislantes correlacionados y superconductividad no convencional hasta magnetismo ajustable y fases topológicas.

En 2018, un equipo de físicos del MIT, liderado por Pablo Jarillo-Herrero, creó y observó por primera vez los efectos del grafeno de ángulo mágico.

Detectaron propiedades electrónicas inusuales, como la superconductividad, cuando dos capas de grafeno están apilados en un ángulo muy específico. Esa estructura retorcida se conoce como grafeno bicapa retorcido de ángulo mágico, o MATBG.

El grafeno es una monocapa de carbono, de tan solo un átomo de espesor, con una estructura reticular en forma de panal. La disposición de los átomos de carbono en un patrón hexagonal Se asemeja a la malla de gallinero y exhibe una resistencia, durabilidad y capacidad para conducir calor y electricidad notables.

El grafeno bicapa, por su parte, es una pila de dos capas en las que las dos redes están orientados de una manera particular. 

In grafeno bicapa prístinoJarillo-Herrero y sus compañeros observaron el comportamiento de un aislante de Mott (un fenómeno en el que un material se convierte en aislante debido a la fuerte repulsión electrón-electrón, a pesar de que se esperaba que fuera conductor) cuando las dos capas estaban retorcidos en un ángulo mágico.

Este Esto condujo al desarrollo de la “twistrónica”, una nueva y prometedora técnica para ajustar las propiedades electrónicas del grafeno mediante la rotación de capas adyacentes del material. 

El método Luego se utilizó Un equipo de investigadores del MIT, la Universidad de Harvard y el NIMS de Japón logró que la bicapa retorcida se volviera superconductora aplicando un campo eléctrico.

Con el tiempo, muchos investigadores estudiaron diversas estructuras de grafeno multicapa, que mostraron indicios de superconductividad no convencional.

En 2021, físicos de Harvard lograron apilar con éxito tres capas de grafeno y girarlas en el ángulo mágico para producir un sistema de tres capas que exhibe una superconductividad robusta¹ a temperaturas más altas que muchos sistemas de grafeno de doble apilamiento. Al ser sensible a un campo eléctrico aplicado externamente, También permitió al equipo ajustar la superconductividad modificando la intensidad del campo.

Este experimento ayudó a los científicos a comprender que la superconductividad de la estructura trilaminar se debe a fuertes interacciones electrón-electrón, que la hacen más resistente a temperaturas más altas. 

Ese mismo año, investigadores de Princeton reportaron un parecido asombroso.² entre la superconductividad del grafeno mágico y la de los superconductores de alta temperatura.

Mediante un microscopio de efecto túnel (STM), descubrieron que los electrones apareados tienen un momento angular finito. La otra cuestión se refería a cómo cambia el comportamiento de un material superconductor cuando El estado superconductor se extingue al aumentar la temperatura o al aplicar un campo magnético. Si bien los electrones se desemparejan en los superconductores convencionales, en los no convencionales se produce alguna correlación aún se conserva.

El MIT abre el camino hacia los superconductores a temperatura ambiente.

La capacidad de los superconductores para conducir electricidad con resistencia cero los convierte en elementos clave para tecnologías como los escáneres de resonancia magnética, la transmisión y el almacenamiento de energía, la computación avanzada y los aceleradores de partículas.

Pero los superconductores convencionales solo funcionan a temperaturas muy bajas. Por lo tanto, necesitan mantenerse en sistemas de refrigeración especializados para ayudarles a conservar su estado superconductor.

Si estos materiales pudieran alcanzar la superconductividad a temperaturas más altas y accesibles, podrían revolucionar los sistemas tecnológicos a nivel mundial. Con este objetivo, científicos del MIT están investigando superconductores no convencionales. que se apartan del comportamiento tradicional.

Recientemente, físicos del MIT observaron este fenómeno en el grafeno trilaminar retorcido de “ángulo mágico” (MATTG), lo que proporciona una confirmación directa de que MATTG puede albergar superconductividad no convencional³.

Como señaló Jeong Min Park, coautor principal del estudio, en los superconductores convencionales, los electrones en los "pares de Cooper" están muy alejados entre sí y débilmente ligados, a diferencia del grafeno de ángulo mágico, donde "ya podíamos ver indicios de que estos pares están muy fuertemente ligados, casi como una molécula. Había señales de que este material era muy diferente".

Aunque estudios previos aportaron indicios, no se confirmó con precisión. Como se señaló en el estudio, comprender la naturaleza de la superconductividad en el grafeno de ángulo mágico ha sido un reto, siendo la principal dificultad discernir la brecha superconductora. 

Sin embargo, el equipo del MIT logró medir la brecha superconductora del MATTG, revelando la intensidad de su estado superconductor a diferentes temperaturas. Descubrieron que la brecha en el MATTG era completamente distinta a la de los superconductores convencionales, lo que sugiere que la superconductividad del MATTG se debe a un mecanismo inusual.
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Como señaló Shuwen Sun, estudiante de posgrado del Departamento de Física del MIT y coautor principal del estudio, no existe un único mecanismo, sino muchos diferentes, que puedan conducir a la superconductividad en los materiales, y es la brecha superconductora la que proporciona una pista sobre qué mecanismo particular conduce a los superconductores a temperatura ambiente para revolucionar la energía y la tecnología.

“Cuando un material se vuelve superconductor, los electrones se mueven juntos en pares en lugar de individualmente, y existe una brecha de energía que refleja cómo están ligados. La forma y la simetría de esa brecha nos indican la naturaleza subyacente de la superconductividad.”

- parque

Para probar su descubrimiento de un mecanismo no convencional, el equipo utilizó un novedoso sistema experimental que les permite observar directamente cómo se forma la brecha superconductora en materiales bidimensionales (2D). 

Para ello, los investigadores utilizaron espectroscopia de efecto túnel. En esta técnica a escala cuántica, los electrones se comportan tanto como ondas como partículas, lo que les permite atravesar barreras que normalmente los detendrían mediante efecto túnel. Al estudiar la facilidad con la que los electrones pueden atravesar un material mediante efecto túnel, los investigadores determinan la intensidad de su interacción con el material. están obligados dentro de eso.

En este caso, el equipo hizo pasar electrones por efecto túnel entre dos capas de MATTG para medir su estado superconductor.

Sin embargo, este método por sí solo no siempre demuestra la superconductividad de un material, lo que hace que la medición directa sea crucial pero compleja. Por ello, el equipo combinó la espectroscopia de túnel con mediciones de transporte eléctrico, que permiten rastrear cómo se mueve la corriente a través de un material mientras se monitoriza su resistencia.

El equipo utilizó este enfoque en MATTG e identificó claramente la brecha de tunelización superconductora, que aparecía solo cuando el material alcanzaba una resistencia cero.

Al variar la temperatura y el campo magnético, esta brecha presentó una curva pronunciada en forma de V, en lugar del patrón plano y suave que suele observarse en los superconductores convencionales. Según el estudio, la singular brecha superconductora de baja energía desaparece a la temperatura y el campo magnético críticos de la superconductividad.

Su forma distintiva apunta a un nuevo mecanismo subyacente a la superconductividad del MATTG, que, aunque desconocido, deja claro que el material se comporta de manera diferente a cualquier superconductor convencional.

En la mayoría de los superconductores, los electrones se emparejan debido a las vibraciones en la red atómica circundante, que los empujan entre sí. Pero en el MATTG, según Park, el emparejamiento podría deberse a fuertes interacciones electrónicas, lo que significa que «los propios electrones se ayudan mutuamente a emparejarse, formando un estado superconductor con una simetría especial».

La técnica que permitió al equipo observar directamente la brecha superconductora, la combinación de espectroscopia de túnel y mediciones de transporte, se utilizará ahora para estudiar diversos materiales retorcidos y en capas.

Con esta configuración que permite al equipo “identificar y estudiar las estructuras electrónicas subyacentes de la superconductividad y otras fases cuánticas a medida que ocurren, dentro de la misma muestra”, Park señaló que “esta visión directa puede revelar cómo los electrones se emparejan y compiten con otros estados, allanando el camino para diseñar y controlar nuevos superconductores y materiales cuánticos que algún día podrían impulsar tecnologías más eficientes o computadoras cuánticas”.

También utilizarán el montaje experimental para estudiar el MATTG, así como otros materiales 2D, con mayor detalle para encontrar nuevos candidatos prometedores para tecnologías avanzadas.

«Comprender bien un superconductor no convencional podría impulsar nuestra comprensión del resto», afirmó el autor principal del estudio, Jarillo-Herrero, catedrático Cecil e Ida Green de Física en el MIT. «Esta comprensión podría guiar el diseño de superconductores que funcionen a temperatura ambiente, por ejemplo, lo cual es, en cierto modo, el Santo Grial de todo el campo».

El papel de la geometría cuántica en la creación de superfluidez en los electrones

Si bien el último descubrimiento del MIT sobre el grafeno trilaminar de ángulo mágico marca un gran avance hacia la comprensión de la superconductividad no convencional, estudios complementarios también están ayudando a completar detalles clave, como la facilidad con la que fluyen los pares de electrones a través de estos materiales.

Se sabe que los electrones en los materiales superconductores se mueven sin fricción, pero la facilidad con la que fluyen los pares de electrones depende de factores como su densidad. El término “rigidez superfluida” describe cuán resistente es un sistema superconductor a los cambios en el flujo de sus pares de electrones, lo que la convierte en un indicador clave de la superconductividad.

A principios de este año, físicos del MIT y de la Universidad de Harvard directamente midió la rigidez superfluida en grafeno de ángulo mágico⁴ para comprender mejor cómo el material se vuelve superconductor. 

El objetivo de este estudio ha sido identificar el mecanismo responsable de la superconductividad en el grafeno de ángulo mágico, que está determinado principalmente por la geometría cuántica, o la "forma" conceptual de los estados cuánticos en un material.

Ahora, para medir directamente la rigidez del superfluido, el equipo desarrolló una nueva técnica experimental que también puede ser usado para realizar mediciones similares de otros materiales superconductores 2D, de los cuales “hay toda una familia… esperando ser investigada”.

En materiales como el MATBG, el emparejamiento de electrones, también conocidos como pares de Cooper, puede formar un estado superfluido, lo que significa que podrían moverse a través del material como una corriente sin esfuerzo. Sin embargo, aunque no presentan resistencia, es necesario aplicar un campo eléctrico para que la corriente se dirija.

"La rigidez superfluida se refiere a la facilidad con la que se puede lograr que estas partículas se muevan, para así impulsar la superconductividad."

– Joel Wang, coautor principal del estudio e investigador científico del Laboratorio de Investigación Electrónica (RLE) del MIT, es uno de los autores principales del estudio.)

Esta rigidez superfluida se suele medir mediante métodos que colocan el material superconductor en un resonador de microondas, un dispositivo que resuena a frecuencias de microondas. En un resonador de microondas, el material modifica tanto la frecuencia de resonancia como la inductancia cinética en proporción a su rigidez superfluida.

Pero estas técnicas solo han sido compatibles con muestras de 10 a 100 veces más grandes y gruesas que MATBG, lo que significa que se necesita un nuevo enfoque para medir la rigidez superfluida en superconductores atómicamente delgados.

Ahora bien, el desafío de hacerlo con un material sumamente delicado como el MATBG reside en adherirlo a la superficie del resonador de microondas sin alterar su suavidad. Este Esto significa crear “un contacto idealmente sin pérdidas —es decir, superconductor— entre los dos materiales”, o la señal de microondas enviada se degradará o simplemente rebotará.

Por lo tanto, la El equipo primero ensambló MATBG utilizando técnicas de fabricación estándar y luego lo encerró. entre dos láminas aislantes de nitruro de boro hexagonal para preservar su delicada estructura atómica y sus propiedades intrínsecas.

El resonador era principalmente de aluminio, con una pequeña cantidad de MATBG añadida en el extremo. Para hacer contacto con el MATBG, el equipo lo grabó con mucha precisión, dejando al descubierto un lado del MATBG recién cortado, al que se aplicó el aluminio. fue depositado para “hacer un buen contacto y formar un conductor de aluminio”, que estaba conectado al resonador de microondas de aluminio más grande. 

El equipo envió una señal de microondas a través de este resonador, midió el cambio resultante en su frecuencia de resonancia y dedujo la inductancia cinética del MATBG. Al convertir la inductancia medida a un valor de rigidez superfluida, el equipo descubrió que era mucho mayor de lo que habrían predicho las teorías convencionales de la superconductividad.

"Observamos un aumento de diez veces en la rigidez del superfluido en comparación con las expectativas convencionales, con una dependencia de la temperatura consistente con lo que predice la teoría de la geometría cuántica.”, dijo la coautora principal Miuko Tanaka.Esta fue una "prueba irrefutable" que apuntaba al papel de la geometría cuántica en la regulación de la rigidez superfluida en este material bidimensional."

Invertir en tecnología superconductora

Corporación americana de superconductores (AMSC + 4.36%) Es una empresa de tecnología energética que fabrica sistemas superconductores avanzados. Se centra en la comercialización de tecnologías superconductoras existentes y su aplicación a redes eléctricas reales y aplicaciones navales.

AMSC es un proveedor líder de soluciones de resiliencia energética a escala de megavatios, incluyendo Gridtec, Marinetec y Windtec. 

Mediante estas soluciones, la empresa proporciona sistemas de red avanzados para optimizar el rendimiento, la eficiencia y la fiabilidad de la red, soluciones de propulsión y gestión de energía para mejorar la calidad de la energía y la seguridad operativa, y controles y sistemas electrónicos para turbinas eólicas.

AMSC es una empresa con una capitalización bursátil de 1.66 millones de dólares, cuyas acciones, al momento de redactar este informe, cotizan a 36.97 dólares, lo que representa un aumento del 49.86% en lo que va del año. El mes pasado, el precio de las acciones alcanzó un máximo de 70.49 dólares, pero desde entonces ha caído significativamente. Este drástico descenso del 47.5% en menos de un mes se debe a que AMSC no alcanzó los objetivos de ventas de Wall Street.

La semana pasada, la compañía reportó sus ingresos del segundo trimestre del año fiscal 2025, los cuales aumentaron de $54.5 millones en el segundo trimestre de 2023 a $65.9 millones. Su utilidad neta fue de $4.8 millones, o $0.11 por acción. Al 30 de septiembre de 2025, AMSC contaba con $218.8 millones. millones en efectivo, equivalentes de efectivo y efectivo restringido, en comparación con 85.4 millones de dólares a finales de marzo.

Al hablar del crecimiento interanual del 20% en los ingresos, los márgenes brutos que superan el 30% y la generación de casi 5 millones de dólares en ingresos netos para marcar el quinto trimestre consecutivo de rentabilidad, el director ejecutivo Daniel P. McGahn dijo esto fue llevado a cabo “Una fuerte demanda de pedidos en los mercados energético y militar, impulsada por el dinamismo de la industria manufacturera nacional y la necesidad de un suministro eléctrico fiable en sectores clave”.

Para el tercer trimestre, AMSC espera que los ingresos se sitúen entre 65 y 70 millones de dólares y que el beneficio neto supere los 2 millones de dólares, o 0.05 dólares por acción.

Últimas noticias sobre las acciones de American Superconductor Corporation (AMSC)

Conclusión

La superconductividad es uno de los conceptos más transformadores de la física moderna, con gran influencia en la eficiencia energética, la computación y la ciencia de los materiales. El trabajo del equipo del MIT con grafeno trilaminar retorcido de ángulo mágico (MATTG) representa un avance clave para descubrir cómo la superconductividad puede surgir a través de mecanismos no convencionales.

Estos hallazgos también podrían ayudarnos a diseñar materiales que alcancen la superconductividad a temperatura ambiente, el tan ansiado “Santo Grial”. Si se logran, estos materiales podrían revolucionar desde el transporte eléctrico hasta los centros de datos y las computadoras cuánticas, dando paso a una nueva era de posibilidades tecnológicas.

Referencias

1. Hao, Z., Zimmerman, AM, Ledwith, P., Khalaf, E., Haie Najafabadi, D., Watanabe, K., Taniguchi, T., Vishwanath, A. y Kim, P. Superconductividad sintonizable por campo eléctrico en grafeno trilaminar de ángulo mágico con torsión alterna. Ciencias: 371, 1133-1138 (2021). https://doi.org/10.1126/science.abg0399
2. Oh, M., Nuckolls, KP, Wong, D., Lee, RL, Liu, X., Watanabe, K., Taniguchi, T. y Yazdani, A. Evidencia de superconductividad no convencional en grafeno bicapa retorcido. Nature 600, 240-245 (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-021-04121-x
3. Park, JM, Sun, S., Watanabe, K., Taniguchi, T. y Jarillo-Herrero, P. Evidencia experimental de una brecha superconductora nodal en el grafeno moiré. Ciencias: (2025). https://doi.org/10.1126/science.adv8376
4. Tanaka, M., Wang, J.Î-j., Dinh, TH, Rodan-Legrain, D., Zaman, S., Hays, M., Almanakly, A., Kannan, B., Kim, DK, Niedzielski, BM, Serniak, K., Schwartz, ME, Watanabe, K., Taniguchi, T., Orlando, TP, Gustavsson, S., Grover, JA, Jarillo-Herrero, P. y Oliver, WD Rigidez superfluida del grafeno bicapa retorcido en ángulo mágico. Nature 638, 99-105 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-024-08494-7