Por Canuto  

Investigadores del MIT desarrollaron un método para cultivar superconductores ultradelgados de diseleniuro de niobio bajo una capa de grafeno, haciéndolos estables al aire y permitiendo su fabricación a escala de oblea. Este avance podría miniaturizar los circuitos cuánticos y mejorar tecnologías como los detectores cuánticos y la computación cuántica.
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  • El superconductor ultradelgado (diseleniuro de niobio) ahora se puede cultivar de forma uniforme y estable al aire gracias al grafeno.
  • Los investigadores integraron el material en un circuito superconductor de microondas manteniendo sus propiedades y alta inductancia cinética.
  • La técnica abre la puerta a dispositivos cuánticos más compactos y a la exploración de otros materiales monocapa.
  • El trabajo fue publicado en la revista Nature y liderado por el equipo del MIT.

Un avance clave para la computación cuántica

Los superconductores ultradelgados, con apenas unos pocos átomos de espesor, poseen propiedades únicas que podrían revolucionar la fabricación de dispositivos cuánticos. Hasta ahora, su fragilidad y rápida oxidación al aire impedían su uso práctico a gran escala. Investigadores del MIT han logrado superar este obstáculo mediante una técnica que cultiva el material bajo una capa de grafeno.

El superconductor, llamado diseleniuro de niobio, se compone de una monocapa de niobio intercalada entre dos capas de selenio. Tiene una inductancia cinética muy alta, lo que permite almacenar gran cantidad de energía inductiva en un área diminuta. Esta propiedad es esencial para miniaturizar circuitos cuánticos y reemplazar las largas cadenas de uniones de Josephson.

El equipo, liderado por Xudong Sheldon Zheng, estudiante de doctorado del MIT, junto con Sameia Zaman y Kenan Zhang, desarrolló un proceso que produce películas uniformes a escala de oblea. El material se cultiva en la interfaz entre el sustrato de dióxido de silicio y el grafeno, que actúa como escudo protector y guía el crecimiento.

“Los superconductores emergentes que tienen solo un espesor de monocapa tienen mucho potencial”, afirma Zheng. “Gracias a nuestro nuevo proceso, ya no son materiales que solo se pueden fabricar a muy pequeña escala”. Este avance promete transformar la investigación y la industria de los dispositivos cuánticos.

El estudio fue publicado en la revista Nature el 5 de agosto de 2026, con la colaboración de instituciones como la Universidad Rice, la Universidad de Yale y la Universidad de Pohang en Corea del Sur.

El desafío de los materiales cuánticos frágiles

Los superconductores bidimensionales conservan sus propiedades incluso cuando tienen solo un átomo de espesor, lo que los hace ideales para circuitos compactos. Sin embargo, al exponerse al aire, comienzan a oxidarse casi de inmediato, degradando su rendimiento. Por eso, los científicos dependían de técnicas de exfoliación que solo producen pequeñas escamas, limitando su aplicación.

La técnica convencional implicaba crecer el material sobre un sustrato y luego cubrirlo con una capa protectora en un ambiente inerte. Pero el proceso era complejo y el material ya sufría daños antes de ser protegido. La nueva estrategia del MIT invierte el orden: primero se coloca el grafeno sobre el sustrato y luego se cultiva el superconductor en el espacio entre ambos.

Esta inversión permite que el material nunca esté expuesto al aire durante su síntesis, ya que queda encapsulado de inmediato. Además, la débil adhesión entre grafeno y dióxido de silicio deja una brecha de menos de 1 nanómetro, donde el diseleniuro de niobio crece de forma controlada y uniforme.

“Tomó mucho tiempo para nosotros entender cómo podía ocurrir el crecimiento debajo del grafeno”, explica Zheng. “Finalmente descubrimos el mecanismo y esto resuelve muchos problemas de fabricación”. El equipo utilizó técnicas de microscopía y espectroscopía para confirmar la calidad del material resultante.

Ahora, los investigadores pueden generar capas perfectamente lisas de más de una pulgada, un tamaño sin precedentes. Esto abre la puerta a la producción industrial de estos superconductores para aplicaciones reales en tecnología cuántica.

La técnica de crecimiento bajo grafeno

El proceso comienza colocando una lámina de grafeno sobre un sustrato de dióxido de silicio. Luego, se introducen los precursores químicos que, al reaccionar, forman el material superconductor en la pequeña brecha existente entre las dos capas. El grafeno no solo protege del oxígeno, sino que también facilita el movimiento de los precursores para que se extiendan como una monocapa continua.

Los investigadores ajustaron con precisión las condiciones de crecimiento, como temperatura y presión, para asegurar que el diseleniuro de niobio se formara exactamente en la interfaz. El sustrato de dióxido de silicio atrapa los precursores el tiempo suficiente para que el cristal comience a nuclearse, mientras que el grafeno les permite difundirse lateralmente.

“Al ajustar cuidadosamente las condiciones de crecimiento, podemos asegurar que el material crece entre las capas exactamente como hemos diseñado”, señala Zheng. Este control permite obtener películas de espesor uniforme, algo que era difícil de lograr con métodos anteriores.

Después del crecimiento, el material queda encapsulado por el grafeno, por lo que se puede sacar al ambiente sin temor a que se degrade. Así, los investigadores pueden manejar la muestra en condiciones normales de laboratorio, simplificando enormemente los pasos de fabricación.

La escalabilidad de esta técnica es su mayor ventaja: los investigadores demostraron que se puede aplicar a una amplia familia de materiales cuánticos monocapa con propiedades diversas. Esto incluye materiales con comportamiento magnético, topológico o superconductor, lo que abre nuevas posibilidades para la ciencia de materiales.

Integración en circuitos cuánticos

Aunque cultivar el material es un paso crucial, también era necesario integrarlo en dispositivos funcionales. Los investigadores desarrollaron un método de transferencia libre de oxidación para despegar la estructura de grafeno-diseleniuro de niobio del sustrato. Esto se basa en trabajos previos del equipo con otros materiales 2D.

Luego, tuvieron que conectar eléctricamente el material ultrafino, de solo 1 nanómetro de espesor, con electrodos de varios cientos de nanómetros. Para ello, grabaron cuidadosamente las paredes laterales del superconductor en una cámara de vacío, preservando un borde liso que permite una conexión confiable.

“Es un desafío hacer una buena conexión eléctrica entre este material muy delgado y nuestros electrodos”, explica Sameia Zaman. El equipo logró un contacto de baja resistencia sin dañar las propiedades superconductoras del material.

Al integrar la estructura en un circuito superconductor de microondas convencional, las pruebas mostraron que el material mantenía su superconductividad y exhibía una alta inductancia cinética. Esto es esencial para aplicaciones como amplificadores de microondas de bajo ruido o qubits superconductores.

“Este es un gran paso hacia la exploración tanto del lado físico como del lado aplicado del superconductor monocapa”, afirma Zaman. La posibilidad de fabricar circuitos cuánticos más compactos y eficientes podría acelerar el desarrollo de computadoras cuánticas prácticas y otras tecnologías cuánticas.

Implicaciones para futuras tecnologías

La alta inductancia cinética del diseleniuro de niobio ultrafino permite almacenar más energía en un espacio más reducido que los métodos actuales. En los circuitos cuánticos, esto podría reemplazar las grandes áreas de uniones de Josephson, que son difíciles de fabricar y ocupan espacio. Con este material, los diseñadores podrían reducir el tamaño de los circuitos sin sacrificar rendimiento.

Además de la computación cuántica, estos superconductores podrían utilizarse en detectores extremadamente sensibles para aplicaciones en astrofísica, comunicaciones y metrología. Por ejemplo, podrían mejorar la detección de radiación en telescopios espaciales o en sistemas de comunicación cuántica.

El método no se limita al diseleniuro de niobio; los investigadores demostraron que puede extenderse a otros materiales que se beneficien de la protección del grafeno. Esto abre la puerta a estudiar materiales que antes eran demasiado inestables para ser manipulados en condiciones normales.

El profesor William D. Oliver, director del Centro de Ingeniería Cuántica del MIT, destaca que esta técnica resuelve un cuello de botella fundamental en la fabricación de dispositivos cuánticos. “Ahora hay oportunidades emocionantes para los científicos de estudiar estos materiales y utilizarlos en circuitos”, concluye.

El equipo planea continuar el trabajo integrando estos superconductores en arquitecturas funcionales de qubits, así como explorar otros materiales que puedan crecer bajo grafeno. El financiamiento provino de múltiples agencias, incluyendo la Oficina de Investigación del Ejército de EE. UU., la NSF y el Departamento de Energía.

Con este avance, la promesa de una computación cuántica más compacta y escalable está un paso más cerca de la realidad. La combinación de materiales 2D y técnicas de encapsulación podría transformar no solo la computación cuántica, sino también campos como la electrónica flexible y los sensores avanzados.


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