Superconductividad en la capa doble retorcida de WSe₂: ¿Un nuevo rival del grafeno?

Un nuevo material superconductivo

Superconductividad es un fenómeno que, si se domina a gran escala y a bajo costo, revolucionaría la civilización humana. Esto se debe a que, para la mayoría de las aplicaciones de alta tecnología, los niveles de potencia o campo magnético requeridos solo pueden ser manejados por materiales superconductores, y cualquier resistencia eléctrica conduce a un sobrecalentamiento excesivo.

Un problema a largo plazo ha sido que casi todos los materiales superconductores conocidos están disponibles solo a temperaturas extremadamente bajas, a menudo en torno a 4°K (solo 4 grados por encima del cero absoluto).

Esto hace que la superconductividad solo sea viable cuando se combina con helio líquido, un fluido refrigerante que es muy difícil de producir mediante un proceso muy intensivo en energía.

Durante mucho tiempo, el grafeno, una monocapa 2D de carbono, se ha considerado un buen candidato para una superconductividad más práctica.

Sin embargo, parece que lo que hace al grafeno prometedor podría extenderse a otros materiales como el tungsteno, abriendo la búsqueda de un nuevo material superconductor. Este descubrimiento es el resultado del trabajo de investigadores de la Universidad de Columbia, la Universidad de Tennessee y el Instituto Nacional de Ciencia de Materiales (Japón). Publicaron sus resultados en la prestigiosa Nature¹ bajo el título “Superconductivity in 5.0° twisted bilayer WSe2”.

Las promesas de la superconductividad

Los materiales superconductores más baratos y de mayor temperatura cambiarían completamente las posibles aplicaciones de la tecnología. Esto permitiría métodos de enfriamiento como el nitrógeno líquido, o incluso solo la tecnología de refrigeración utilizada en congeladores que almacenan vacunas de ARNm, para reemplazar la alternativa más intensiva en energía.

• Mejor resonancia magnética, con mayor resolución y más barato de construir y operar, permite que se convierta en un examen médico mucho más rutinario.
• Sistemas de propulsión por empuje electromagnético (también llamados magnetohidrodinámicos (MHD)) impulsan barcos a través de la electrificación del agua de mar.
• Más potentes y eficientes motores eléctricos.
• Mayor densidad y baterías más seguras con Almacenamiento de energía magnética superconductora (SMES).
• Limitadores, interruptores y fusibles superconductores para mejorar la infraestructura de la red eléctrica.
• Transmisión de energía a larga distancia sin pérdidas, lo que podría impulsar la eficiencia de la energía renovable, por ejemplo, con paneles solares aún bajo el sol alimentando una ciudad a miles de kilómetros de distancia.
• Más baratos y fáciles de mantener trenes maglev o, más adelante, sistemas Hyperloop.
• Sensores/magnetómetros (Dispositivos de interferencia cuántica superconductora – SQUIDS) para aplicaciones en entornos industriales.
• Computación cuántica superconductora
  • (puedes leer más sobre el progreso de la computación cuántica en nuestro artículo “The Current State of Quantum Computing”).
• Aplicaciones de defensa y aeroespaciales, incluyendo escudos de radiación, lanzamientos electromagnéticos, rodamientos magnéticos, sensores, cañones electromagnéticos, cañones de bobina, láseres y otras armas de energía.

Existe la posibilidad de que la superconductividad a alta temperatura pueda lograrse con apatita de plomo sustituida por cobre (CSLA), pero esta afirmación sigue siendo muy debatida por científicos especializados en este campo, unos años después.

Superconductividad del grafeno

Aunque el grafeno es un conductor de electricidad notablemente eficiente cuando está en una capa simple, puede convertirse en superconductor cuando se configura como una “capa doble retorcida”. Esto ocurre cuando las 2 capas están ligeramente desalineadas, con una diferencia de 1,1°, aparentemente el ángulo mágico para el grafeno.

En noviembre de 2024, se demostró matemáticamente que dicha capa doble podría mantenerse superconductora a temperaturas tan altas como 60°K (-213 °C / -351 °F).

Desde 2020, se sospecha que otro material muestra una característica similar: tungsteno-selenio (WSe₂).

Fuente: Max Planck Institute

Superconductividad del selenio de tungsteno

Hasta ahora, los fenómenos correlacionados con la superconductividad se habían detectado en muchos materiales pertenecientes a la llamada clase de dicalcogenuros de metales de transición (TMD).

Sin embargo, la nueva investigación confirma definitivamente la superconductividad en una capa doble retorcida de WSe2 a 5,0° (ángulo de diferencia entre capas, no temperatura).

Esto fue especialmente fuerte a bajas temperaturas en este experimento (426 milikelvins), pero sin embargo demuestra que la superconductividad en capas dobles puede ser lograda por otros materiales en capas diferentes al grafeno.

La capa doble retorcida de WSe2 también mostró una frontera nítida entre las fases superconductora y magnética a bajas temperaturas, lo que podría explicar los mecanismos subyacentes que hacen que sea superconductora.

¿Mejor que el grafeno?

Si los materiales TMD pueden ser superconductores, podrían ser realmente superiores al grafeno.

La razón es que los materiales TMD también presentan muchas otras cualidades deseables que están ausentes en el grafeno, como una brecha de banda nativa, un gran acoplamiento espín-órbita, bloqueo de valle de espín y magnetismo.

En ese sentido, esto parece similar a otro tipo de meta-materiales avanzados, materiales kagome, que también presentan superconductividad junto con magnetismo, mientras que normalmente son dos fenómenos que no ocurren simultáneamente.

En general, parece que el campo de la superconductividad está avanzando muy rápidamente y dejando atrás las suposiciones previas de la disciplina sobre lo que es y lo que no es posible.

Empresa de tungsteno

Si las capas dobles de tungsteno resultan ser superconductoras, esto sería un caso de uso adicional importante para el metal ultra duro, ya utilizado en muchas aplicaciones militares, la industria de semiconductores y la fabricación avanzada.

Cubrimos el caso de inversión para el tungsteno en detalle en el informe de octubre de 2024 “Tungsten – The Secret High-Tech Metal”.

Desde entonces, China ha anunciado restricciones a la exportación de tungsteno, un metal del cual el 80 % se produce en China. Lo que deja muy pocas empresas capaces de suministrar a las industrias occidentales, independientemente de la cadena de suministro china.

Almonty Industries

Almonty es una minera de tungsteno que actualmente produce principalmente de una mina en Portugal, que ha estado en operación durante los últimos 125 años.

La empresa ha estado trabajando en la expansión de la mina portuguesa y posee depósitos no desarrollados en España.

Fuente: Almonty

El proyecto más importante de la empresa es el desarrollo continuo de una nueva mina en Sangdong, Corea del Sur. La mina contiene más recursos inferidos que todas sus demás depósitos combinados.

Fuente: Almonty

Como uno de los pocos mineros de tungsteno activos y productores en países occidentales, Almonty es un proveedor estratégico clave para la industria de defensa. Por lo tanto, es una empresa importante para reducir la dependencia del suministro chino.

La ubicación de la mina de Sangdong la convierte en un proveedor perfecto para la industria de defensa, ya que Corea del Sur es un nuevo gigante en la producción masiva de equipos militares “de baja tecnología” como tanques, artillería y municiones (en comparación con aviones de combate, portaaviones, etc., que demandan menos tungsteno).

Mientras China se prepara para abrir una enorme mina de tungsteno en Kazajistán, Almonty está lista para “cambiar sustancialmente la política involucrada en asegurar el tungsteno” cuando la mina Sangdong del Proyecto de Tungsteno Corea de Almonty entre en funcionamiento dentro de unos meses. Cuando comience la producción, será una de las minas de tungsteno más grandes del mundo, representando el 30 % del suministro no chino.

Lewis Black, director, presidente y CEO de Almonty Industries

Almonty debería comenzar a producir tungsteno de la mina coreana a principios o mediados de 2025.

Debido a su posición estratégica como esencialmente el único gran proveedor en Occidente, a Almonty se le ofreció un precio garantizado por Plansee. Plansee es un fabricante de metales de alto rendimiento y uno de los mayores clientes de Almonty, además del propietario del 15 % de la empresa.

El precio mínimo garantizado fue de 235 $/MTU (unidad de tonelada métrica), sin límite superior. Dado que la mina Sangdong apunta a costos de efectivo de 110 $/MTU, esto debería garantizar prácticamente un alto margen de beneficio para el proyecto.

Con una coincidencia casi perfecta entre la próxima apertura de Sangdong y una nueva guerra comercial entre la América de Trump y China, el precio de la acción reaccionó fuertemente y subió un 40 % en solo 2 días tras el anuncio de la restricción de exportación de tungsteno por parte de China.

Referencia del estudio:

^{1. Guo, Y., Pack, J., Swann, J. et al. (2025) Superconductivity in 5.0° twisted bilayer WSe2. Nature 637, 839–845. https://doi.org/10.1038/s41586-024-08381-1}