MIT confirma la superconductividad no convencional en MATTG

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

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

Mientras que los superconductores convencionales, como los fabricados con aluminio, requieren temperaturas muy bajas, los investigadores están desarrollando activamente materiales que puedan superconductar a temperaturas más altas y más prácticas, un paso que podría revolucionar la energía y las tecnologías cuánticas.

Los investigadores del MIT han logrado ahora este avance. Han observado una brecha de energía distintiva en forma de V, lo que indica superconductividad no convencional en el grafeno de ángulo mágico, marcando un avance importante hacia superconductores a temperatura ambiente.

Grafeno de ángulo mágico y ‘Twistronics’: Cómo la rotación de capas cambia la física

Desde el descubrimiento del grafeno de “ángulo mágico”, ha generado mucho revuelo en el mundo científico, con investigadores descubriendo una multitud de fenómenos cuánticos exóticos que van desde estados aislantes correlacionados y superconductividad no convencional hasta magnetismo sintonizable 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 se apilan en un ángulo muy específico. Esa estructura retorcida se conoce como grafeno bilayer retorcido de ángulo mágico, o MATBG.

El grafeno es una capa única de carbono, con un grosor de un solo átomo y una estructura de panal. La disposición de los átomos de carbono en un patrón hexagonal se asemeja a una malla de alambre y muestra una resistencia, durabilidad y capacidad de conducir calor y electricidad notables.

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

En grafeno bilayer puro, Jarillo‑Herrero y su equipo observaron un comportamiento de aislante de Mott (un fenómeno en el que un material se vuelve aislante debido a una fuerte repulsión electrón‑electrón, a pesar de esperarse que sea conductor) cuando las dos capas fueron retorcidas en un ángulo mágico.

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

El método fue luego utilizado por un equipo de investigadores del MIT, la Universidad de Harvard y NIMS en Japón para hacer superconductora la capa bilayer retorcida 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 apilaron con éxito tres capas de grafeno y las retorcieron en el ángulo mágico para producir un sistema de tres capas que exhibe superconductividad robusta¹ a temperaturas más altas que muchos sistemas de grafeno de doble capa. 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 trilayer se debe a fuertes interacciones electrón‑electrón, lo que la hace más resistente a temperaturas más altas.

Ese mismo año, investigadores de Princeton informaron una extraña semejanza² entre la superconductividad del grafeno mágico y la de los superconductores de alta temperatura.

Usando un microscopio de túnel de barrido (STM), descubrieron que los electrones emparejados poseen un momento angular finito. El otro se centró en cómo cambia el comportamiento de un material superconductivo cuando el estado superconductivo se suprime al aumentar la temperatura o aplicar un campo magnético. Mientras que los electrones se desemparejan en los superconductores convencionales, en los no convencionales, alguna correlación se mantiene.

MIT forja el camino hacia superconductores a temperatura ambiente

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

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

Si estos materiales pudieran superconductar a temperaturas más altas y accesibles, podrían redefinir 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 trilayer retorcido de “ángulo mágico” (MATTG), proporcionando 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 separados entre sí y débilmente ligados, a diferencia del grafeno de ángulo mágico, donde “ya podíamos ver señales de que estos pares están muy fuertemente ligados, casi como una molécula. Hubo indicios de que había algo muy diferente en este material”.

Aunque estudios previos ofrecieron pistas, no se confirmó de manera precisa. Como señaló el estudio, comprender la naturaleza de la superconductividad en el grafeno de ángulo mágico ha sido un desafío, siendo la principal dificultad discernir la brecha superconductora.

Sin embargo, el equipo del MIT midió con éxito la brecha superconductora de MATTG, revelando la fuerza de su estado superconductivo a diferentes temperaturas. Lo que encontraron fue una brecha en MATTG que era completamente diferente de la de los superconductores convencionales, lo que sugiere que la superconductividad de MATTG depende de un mecanismo inusual.

Swipe to scroll →

Como señaló el coautor principal del estudio, Shuwen Sun, estudiante de posgrado en el Departamento de Física del MIT, no hay un solo mecanismo sino muchos diferentes que pueden conducir a la superconductividad en los materiales, y es la brecha superconductora la que brinda una pista sobre qué mecanismo particular conduce a superconductores a temperatura ambiente que revolucionen la energía y la tecnología.

“Cuando un material se vuelve superconductivo, los electrones se mueven juntos como pares en lugar de individualmente, y hay 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.”

– Park

Para demostrar 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 emplearon espectroscopía de túnel. En esta técnica a escala cuántica, los electrones actúan tanto como ondas como partículas, lo que les permite “túnel” a través de barreras que normalmente los detendrían. Al estudiar la facilidad con la que los electrones pueden túnel a través de un material, los investigadores aprenden cuán fuertemente están ligados dentro de él.

En este caso, el equipo hizo túnel de electrones entre dos capas de MATTG para medir su estado superconductivo.

Sin embargo, este método por sí solo no siempre prueba la superconductividad de un material, lo que hace que la medición directa sea crucial pero desafiante. Por ello, el equipo combinó la espectroscopía de túnel con mediciones de transporte eléctrico, que siguen cómo la corriente se desplaza a través de un material mientras se monitorea su resistencia.

El equipo utilizó este enfoque en MATTG e identificó claramente la brecha de túnel superconductora, que apareció solo cuando el material alcanzó resistencia cero.

Al cambiar la temperatura y el campo magnético, esta brecha mostró una curva aguda en forma de V en lugar del patrón liso y plano que se observa habitualmente en los superconductores convencionales. Según el estudio, la brecha superconductora de baja energía desaparece a la temperatura crítica superconductora y al campo magnético.

La forma distintiva apunta a un nuevo mecanismo subyacente a la superconductividad de 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 vibraciones en la red atómica circundante, que los empujan a juntarse. Pero en MATTG, según Park, el emparejamiento podría deberse a fuertes interacciones electrónicas, lo que significa “los propios electrones se ayudan mutuamente a emparejarse, formando un estado superconductivo con una simetría especial”.

La técnica que permitió al equipo observar directamente la brecha superconductora, la combinación de espectroscopía de túnel y mediciones de transporte, será ahora utilizada para estudiar varios materiales retorcidos y en capas.

Con la 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 alimenten tecnologías más eficientes o computadoras cuánticas”.

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

“Comprender muy bien un superconductor no convencional puede desencadenar nuestra comprensión del resto,” dijo el autor principal del estudio, Jarillo‑Herrero, quien es el Profesor 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 una especie del Santo Grial de todo el campo.”

El papel de la geometría cuántica en la creación de un superfluido de electrones

Aunque el último descubrimiento del MIT en el grafeno trilayer de ángulo mágico representa un gran salto hacia la comprensión de la superconductividad no convencional, estudios complementarios también están ayudando a completar detalles clave, como la facilidad con la que los pares de electrones fluyen a través de estos materiales.

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

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

Con este estudio, el objetivo 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 superfluida, el equipo desarrolló una nueva técnica experimental que también puede usarse para realizar mediciones similares en otros materiales superconductores 2D, de los cuales “hay toda una familia… esperando ser investigada”.

En materiales como MATBG, el emparejamiento de electrones, también conocidos como pares de Cooper, puede formar un superfluido, lo que significa que podrían moverse a través de un material como una corriente sin esfuerzo. Pero aunque no tienen resistencia, aún se necesita aplicar una fuerza en forma de campo eléctrico para poner la corriente en movimiento.

“La rigidez superfluida se refiere a cuán fácil es mover estas partículas, con el fin de impulsar la superconductividad.”

– Joel Wang, coautor del estudio, científico investigador en el Laboratorio de Investigación de Electrónica (RLE) del MIT

Esta rigidez superfluida suele medirse mediante métodos que colocan el material superconductivo en un resonador de microondas, un dispositivo que resona 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 el MATBG, lo que significa que se necesita un nuevo enfoque para medir la rigidez superfluida en superconductores atómicamente delgados.

Ahora, el desafío al hacer eso con un material extremadamente delicado como el MATBG es adherirlo a la superficie del resonador de microondas sin alterar su suavidad. Esto implica crear “un contacto ideal sin pérdidas — es decir, superconductivo — entre los dos materiales”, de lo contrario la señal de microondas enviada se degradará o simplemente rebotará.

Así, el equipo primero ensambló MATBG usando 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 mayormente de aluminio, con una pequeña cantidad de MATBG añadida al extremo. Para contactar el MATBG, el equipo lo grabó de forma muy precisa, exponiendo un lado del MATBG recién cortado, al cual se depositó aluminio para “hacer un buen contacto y formar una pista de aluminio”, que se conectó al resonador de microondas de aluminio más grande.

El equipo envió una señal de microondas a través de este resonador, midió el desplazamiento 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 las teorías convencionales de superconductividad habrían predicho.

“Observamos un aumento de diez veces en la rigidez superfluida comparado con las expectativas convencionales, con una dependencia de temperatura consistente con lo que predice la teoría de la geometría cuántica,” dijo la coautora Miuko Tanaka. “Esto fue una ‘prueba concluyente’ que apuntó al papel de la geometría cuántica en la regulación de la rigidez superfluida en este material bidimensional.”

Invertir en tecnología superconductora

American Superconductor Corporation (AMSC ) es una empresa de tecnología energética que fabrica sistemas superconductores avanzados. Se centra en comercializar tecnologías superconductoras existentes y aplicarlas a redes eléctricas y aplicaciones navales del mundo real.

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

A través de estas soluciones, la empresa ofrece 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 de mercado de 1,660 millones de dólares, cuyas acciones, al momento de escribir, cotizan a 36,97 $, con un aumento del 49,86 % en lo que va del año. Hace solo un mes, el precio de la acción alcanzó un máximo de 70,49 $, pero ha caído significativamente desde entonces. Esta caída masiva del 47,5 % en menos de un mes se debe a que AMSC no cumplió los objetivos de ventas de Wall Street.

La semana pasada, la empresa informó sus ingresos del segundo trimestre fiscal 2025, que aumentaron de 54,5 millones de dólares en el 2T23 a 65,9 millones. Su ingreso neto fue de 4,8 millones de dólares, o 0,11 $ por acción. Al 30 de septiembre de 2025, AMSC disponía de 218,8 millones de dólares en efectivo, equivalentes de efectivo y efectivo restringido, comparado con 85,4 millones al final de marzo.

Al hablar del crecimiento del 20 % interanual en ingresos, márgenes brutos superiores al 30 % y la generación de casi 5 millones de dólares en ingreso neto, marcando el quinto trimestre consecutivo de rentabilidad, el CEO Daniel P. McGahn dijo que esto se debía a “una fuerte demanda de pedidos en los mercados de energía y militar, respaldada por vientos favorables en la fabricación nacional y necesidades de energía confiable en sectores clave”.

Para el tercer trimestre, AMSC espera que los ingresos estén en el rango de 65 millones a 70 millones de dólares y que el ingreso neto supere los 2 millones de dólares, o 0,05 $ por acción.

Últimas noticias de 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 materiales. El trabajo del equipo del MIT con el grafeno trilayer retorcido de ángulo mágico (MATTG) representa un avance clave en la comprensión de cómo la superconductividad puede surgir mediante mecanismos no convencionales.

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

Referencias

1. Hao, Z., Zimmerman, A. M., Ledwith, P., Khalaf, E., Haie Najafabadi, D., Watanabe, K., Taniguchi, T., Vishwanath, A. & Kim, P. Superconductividad afinable por campo eléctrico en grafeno trilayer de ángulo mágico con torsión alternada. Science 371, 1133–1138 (2021). https://doi.org/10.1126/science.abg0399
2. Oh, M., Nuckolls, K. P., Wong, D., Lee, R. L., Liu, X., Watanabe, K., Taniguchi, T. & Yazdani, A. Evidencia de superconductividad no convencional en grafeno bilayer retorcido. Nature 600, 240–245 (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-021-04121-x
3. Park, J. M., Sun, S., Watanabe, K., Taniguchi, T. & Jarillo‑Herrero, P. Evidencia experimental de brecha superconductora nodal en grafeno moiré. Science (2025). https://doi.org/10.1126/science.adv8376
4. Tanaka, M., Wang, J.έ-j., Dinh, T. H., Rodan‑Legrain, D., Zaman, S., Hays, M., Almanakly, A., Kannan, B., Kim, D. K., Niedzielski, B. M., Serniak, K., Schwartz, M. E., Watanabe, K., Taniguchi, T., Orlando, T. P., Gustavsson, S., Grover, J. A., Jarillo‑Herrero, P. & Oliver, W. D. Rigidez superfluida del grafeno bilayer retorcido de ángulo mágico. Nature 638, 99–105 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-024-08494-7