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Grafeno bicapa: Un superconductor de carbono

Cuando parecía que la investigación del grafeno y sus propiedades estaba un poco parada, llega este nuevo descubrimiento. El grafeno, además de ser un excelente conductor, térmico y eléctrico, se puede comportar como un superconductor.

¿Qué es un superconductor?

Antes de nada, empecemos por lo básico. ¿Qué son los superconductores y que los diferencia de los conductores normales?

Los conductores son materiales con una resistencia al paso de corriente eléctrica muy baja. Generalmente los conductores son metales, pero también existen otras sustancias que lo son, como el grafito y el grafeno.

Sin embargo el diamante no, (a pesar de que también es carbono puro) ¿a qué se debe? Todo tiene que ver con los electrones.

Cuando se forma el grafeno, de los electrones que presenta un átomo de carbono en su composición no se utilizan todos, por lo que, por cada átomo de carbono, queda un electrón suelto. Este se puede mover libremente, conduciendo la electricidad. La principal limitación de los conductores es que poco a poco, pierden energía, generalmente por choque de los electrones con las ondas sonoras que produce la vibración del propio material.

Sin embargo, un superconductor tiene la capacidad intrínseca de un material para conducir la corriente eléctrica sin resistencia ni pérdida de energía (bajo determinadas condiciones). Para que un superconductor pueda tener estas características hay que descender su temperatura por debajo de la conocida como temperatura crítica. Lo realmente sorprendente es la capacidad de estos materiales de crear supercorrientes de electrones que no disipan la energía por expulsión de calor, de modo que no se detienen nunca.

Bicapa de grafeno y la superconductividad

Como ya mencionamos en nuestra página de inicio, el grafeno es un excelente conductor, pero recordemos que hablábamos de una única capa de grafeno, no de la bicapa. En este caso es una bicapa, lo que parece que le confiere unas propiedades diferentes en la conducción de electricidad.

El comportamiento de los superconductores no convencionales se ha estudiado ampliamente durante las últimas décadas pero aún no se ha comprendido bien. Por ello, con el fin de arrojar un poco de luz a estos comportamientos se intenta desarrollar nuevas técnicas con redes atómicas ultrafrías que simulen materiales cuánticos.

Esto es lo que ha logrado el español Pablo Jarillo-Herrero y que ha publicado en Nature, con un gran éxito, habiendo sido citado más de 900 veces. En su estudio crea una superconductividad intrínseca no convencional apilando dos láminas de grafeno y, rotándolas entre sí.

Esto no se había hecho hasta la fecha, pues los materiales con los que se trabajaba eran tridimensionales. Por el contrario, el grafeno es bidimensional, lo que permite hacer este pequeño giro, 1.1º, al que llaman el ángulo mágico.

Pero ¿qué cambia en el grafeno al juntar dos láminas? Como hemos mencionado anteriormente, en el grafeno existen electrones sueltos, que son los responsables de su comportamiento conductor. Sin embargo, al juntar ambas capas y rotarlas ligeramente, existe la posibilidad de que los electrones salten de capa a capa.

Un equipo del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) ha propuesto una explicación teórica a lo que ocurre con la superconductividad del grafeno, publicado en la Physical Review Letters.

Aún falta investigación y no es más que un modelo teórico, pero se cree que puede ser que, los electrones se vean “guiados” por las ondas sonoras del material en lugar de chocar contra ellas, evitando así la pérdida de energía.

Aplicaciones

A pesar de que es un gran avance científico, no estamos hablando de inventar la bombilla, ni la rueda. En la actualidad, esta tecnología no estará presente en nuestras vidas, además de los costes de producción, los superconductores deben estar a unas temperaturas determinadas. En el caso de la bicapa de grafeno… A -271ºC, temperaturas que se alcanzan usando helio (He), por lo que el precio de esta tecnología no la hace rentable.

Por tanto, es muy difícil implementar esto en nuestro día a día. Esto no quiere decir que no tenga aplicaciones, existen otros superconductores que aún no comprendemos totalmente y que, gracias a este avance podremos conocer más cosas sobre ellos. Estos últimos presentan unos costes de producción más reducidos y, sobre todo, es mucho más fácil llegar a su temperatura óptima, son los superconductores de alta temperatura.

Aunque eso de “alta temperatura” es relativo, pues la temperatura oscila entre los -200 y los -100ºC. Esta temperatura se puede alcanzar fácilmente con nitrógeno líquido, mucho más barato que el helio.

Si quieres aprender más sobre el grafeno puedes empezar por aquí:

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Grafeno bicapa: Un superconductor de carbono
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Grafeno bicapa: Un superconductor de carbono
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Aun queda mucho por descubrir acerca de los superconductores. Sin embargo, un nuevo descubrimiento puede provocar importantes avances en las investigaciones futuras.
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DeGrafeno
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