Por Canuto  

Un equipo del MIT identificó cuatro estados superconductores en grafeno romboédrico de cuatro y cinco capas, y observó que varios de ellos no solo sobreviven a campos magnéticos que normalmente destruirían ese fenómeno, sino que incluso pueden fortalecerse bajo ciertas condiciones.
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  • El estudio, publicado en Nature el 29 de junio de 2026, halló cuatro estados superconductores distintos en grafeno romboédrico.
  • Tres de esos estados resistieron campos magnéticos paralelos de hasta 9 tesla, un resultado inusual para la superconductividad.
  • En una configuración con campo magnético perpendicular, la temperatura de transición aumentó de 55 milikelvin a probablemente 90 milikelvin.

La superconductividad suele desaparecer cuando entra en escena un campo magnético intenso. Por eso, el nuevo resultado de investigadores del MIT destaca con fuerza: en una forma natural de grafeno, varios estados superconductores no solo persistieron bajo magnetismo, sino que en ciertos casos se intensificaron.

El hallazgo apunta a una familia de estados superconductores no convencionales dentro de un material que, a primera vista, parece simple. Se trata del carbono cristalino en forma de grafeno romboédrico, una estructura que puede encontrarse dentro del grafito ordinario.

De acuerdo con el estudio publicado en Nature, el equipo detectó cuatro estados superconductores distintos en muestras de grafeno romboédrico de cuatro y cinco capas. Tres de esos estados sobrevivieron a campos magnéticos relativamente altos, algo que desafía el comportamiento esperado en superconductores convencionales.

La investigación aporta una nueva capa de complejidad a un material ya célebre por sus propiedades exóticas. También amplía el mapa de fenómenos emergentes en sistemas bidimensionales, un área que sigue atrayendo interés por su relevancia para la física fundamental y para posibles tecnologías futuras.

Aunque el trabajo no promete aplicaciones inmediatas, sí deja una señal importante para la ciencia de materiales. Un sistema tan elemental como una pila precisa de capas de carbono puede exhibir comportamientos electrónicos muy distintos cuando se ajustan con cuidado variables como el voltaje, la densidad electrónica y la orientación de un campo magnético.

Qué descubrió el equipo del MIT en el grafeno romboédrico

La superconductividad es un estado de la materia en el que los electrones se emparejan y fluyen sin resistencia eléctrica. Existen miles de materiales superconductores, pero es poco común que un mismo material albergue múltiples formas de superconductividad.

Eso es precisamente lo que encontró el grupo liderado por Long Ju, profesor asociado de física en MIT. En exfoliaciones atómicamente delgadas de grafito, conocidas como grafeno, el equipo observó múltiples estados superconductores dentro de una configuración natural llamada grafeno romboédrico.

Esta estructura consiste en cuatro o cinco capas de grafeno apiladas con un ligero desplazamiento entre sí. La forma resultante recuerda a una escalera microscópica y puede aparecer de manera natural dentro del grafito común.

Long Ju dijo que muchas personas podrían asumir que se trata de un material de carbono simple y aburrido. Sin embargo, añadió que al ajustar “controles” experimentales como los voltajes eléctricos, ese mismo sistema puede mostrar muchas propiedades superconductoras diferentes.

El equipo sostiene que aún no está claro cómo surgen exactamente esos estados ni por qué algunos sobreviven al magnetismo. Ju describió el fenómeno como “muy exótico” desde la física fundamental, porque el campo magnético no anula la superconductividad y, en cambio, puede potenciarla.

Entre los coautores del estudio figuran los co-primeros autores Junseok Seo y Shenyong Ye, además de Tonghang Han, Zhenghan Wu, Wei Xu, Jixiang Yang, Emily Aitken, Prayoga Liong, Phatthanon Pattanakanvijit, Zach Hadjri y Mingda Li. También participaron el co-primer autor Armel Cotten y colaboradores de la Universidad de Basilea, la Universidad Estatal de Florida, la Universidad de Florida en Gainesville y el Instituto Nacional de Ciencia de Materiales en Japón.

Por qué el grafeno natural se convirtió en una plataforma tan prometedora

En los últimos años, el grafeno se volvió una de las plataformas favoritas para explorar fenómenos cuánticos emergentes. Su atractivo radica en que, al ser un material bidimensional, puede exhibir propiedades electrónicas, magnéticas, térmicas y mecánicas inesperadas.

Buena parte de la atención pública se concentró en estructuras creadas al apilar y girar láminas de grafeno en ángulos precisos. Esas configuraciones de “ángulo mágico” pueden desencadenar comportamientos extraños que no aparecen en el material convencional.

El grupo de Ju siguió una ruta algo distinta. En vez de construir artificialmente sistemas retorcidos, buscó comportamientos interesantes en arreglos de grafeno que ocurren de forma natural dentro del grafito.

Así llegaron al grafeno romboédrico, una arquitectura que ya les había permitido detectar antes una forma rara de superconductividad quiral y también una carga electrónica fraccionaria. Esos antecedentes convirtieron a esta plataforma en una candidata fuerte para seguir sondeando estados cuánticos poco comunes.

El proceso experimental no es trivial. Primero hay que exfoliar un bloque de grafito, comúnmente con cinta adhesiva, y luego identificar el patrón en forma de escalera característico del apilamiento romboédrico para aislarlo y estudiarlo por separado.

Ese detalle importa porque muestra que el hallazgo no depende de un material exótico fabricado desde cero. Surge de una estructura natural presente en el grafito ordinario, aunque solo se revela cuando se la observa y manipula con precisión a escala microscópica.

Cómo realizaron los experimentos y qué midieron

En trabajos previos, los investigadores habían estudiado estas muestras agregando electrones al sistema. Ese procedimiento, conocido como dopaje electrónico, les permitió observar superconductividad cuando la resistencia eléctrica caía a cero.

Para el nuevo estudio probaron lo contrario. En lugar de sumar electrones, retiraron cuidadosamente carga del grafeno romboédrico y redujeron de manera progresiva la densidad electrónica mientras medían la resistencia con una corriente separada.

Además, aplicaron campos magnéticos externos en dos orientaciones distintas. En algunos ensayos el campo fue paralelo al plano del grafeno, mientras que en otros fue perpendicular a ese plano.

Estas mediciones se realizaron en colaboración con el grupo de Dominik Zumbuhl en Suiza. Esa cooperación dio acceso a equipamiento capaz de exponer las muestras a temperaturas ultrabajas y a campos magnéticos elevados.

Dentro de ese entorno controlado, el equipo encontró que a ciertas densidades electrónicas emergían cuatro estados superconductores diferentes. El resultado ya era notable por sí mismo, dada la rareza de observar múltiples estados en un mismo material.

Lo más llamativo apareció al introducir magnetismo. Tres de esos estados persistieron bajo un campo magnético paralelo de hasta alrededor de 9 tesla, unas 180.000 veces más fuerte que el campo magnético de la Tierra.

El resultado más desconcertante: la superconductividad mejoró con magnetismo

En un superconductor convencional, un imán fuerte suele romper el emparejamiento electrónico que permite el flujo sin resistencia. Por eso, encontrar estados superconductores robustos frente a 9 tesla ya era un resultado difícil de ignorar.

Pero el equipo encontró otra sorpresa cuando orientó el campo magnético de manera perpendicular al plano del material. En una determinada densidad de electrones, la superconductividad no solo persistió, sino que pareció fortalecerse.

La mejora se observó en la temperatura crítica del material. Según explicó Ju, la temperatura de transición aumentó de 55 milikelvin a probablemente 90 milikelvin bajo esa configuración con campo perpendicular.

El material también pudo soportar entre un 50 y un 60 por ciento más de corriente antes de que la superconductividad se destruyera. Ju calificó ese comportamiento como algo “muy inusual”.

Ese patrón sugiere que la relación entre magnetismo y superconductividad en este sistema no sigue el guion estándar. En vez de una competencia simple entre ambos fenómenos, parece existir una interacción más compleja y dependiente de la densidad de electrones.

Para los físicos de materiales, ese tipo de respuesta abre nuevas preguntas sobre el mecanismo microscópico que organiza el estado superconductor. También obliga a revisar con cuidado qué clase de emparejamiento electrónico podría estar ocurriendo en el grafeno romboédrico.

La hipótesis del equipo y por qué el hallazgo importa

Los autores todavía no afirman tener una explicación definitiva. Aun así, proponen una idea que podría ayudar a interpretar por qué algunos estados superconductores sobreviven e incluso mejoran en presencia de campos magnéticos.

En la superconductividad convencional, los llamados pares de Cooper suelen estar formados por electrones con espines opuestos. Un campo magnético puede desalinear esos espines y romper el emparejamiento, lo que destruye la superconductividad.

La posibilidad planteada por el equipo es distinta. Quizás, en el grafeno romboédrico y a ciertas densidades electrónicas, los electrones puedan emparejarse con espines alineados.

Si eso ocurre, el campo magnético seguiría tirando de los espines, pero en la misma dirección. En ese escenario, la alineación no se rompería y la superconductividad podría mantenerse.

Los investigadores reconocen que esta hipótesis requiere mucho más trabajo teórico y experimental. Por ahora, la consideran una guía inicial para pensar un fenómeno que aún no encaja del todo en los marcos tradicionales.

Junseok Seo, autor principal y estudiante de posgrado en el grupo de Ju, resumió el valor conceptual del hallazgo con una idea simple. Señaló que el equipo no solo trabaja con lo que la naturaleza ofrece, sino que aplica controles adicionales para convertir ese mismo material en algo que la naturaleza no muestra de forma espontánea, aunque pueda existir en él.

Según la fuente original, el trabajo fue apoyado en parte por la Oficina de Investigación Naval de Estados Unidos. La fabricación de dispositivos también se llevó a cabo, en parte, en MIT.nano.

Más allá de aplicaciones inmediatas, el estudio refuerza una lección que también resuena en otras fronteras tecnológicas: sistemas aparentemente sencillos pueden producir comportamientos emergentes extraordinarios cuando se los manipula con precisión. En este caso, el grafito de un lápiz terminó revelando una física cuántica mucho más rica de lo que su apariencia cotidiana sugiere.

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