Dmitri Efetov y Xiaobo Lu, físicos en el Institut de Ciències Fotòniques.

El equipo liderado por Dmitri Efetov en el Institut de Ciències Fotòniques (ICFO) ha creado un dispositivo de grafeno que ha sorprendido a los físicos con un abanico de nuevas propiedades totalmente inesperadas. La clave, rotar el material en un ángulo mágico con una precisión sin precedentes. El logro, publicado en Nature , ha contribuido a crear un nuevo campo de investigación en física y su impacto final todavía es difícil de pronosticar. “Hay millones de aplicaciones en las que podemos pensar”, explica Efetov. “Las posibilidades que abre son infinitas. Estamos sólo al principio”.

¿Qué es el ángulo mágico?

D.E. El grafeno es un material bidimensional, una lámina de carbono de un átomo de grosor. Hablamos de ángulo mágico cuando colocamos dos capas una encima de la otra, pero rotadas en un ángulo exacto de 1,1 grados.

¿Qué tiene de especial?

D.E. El grafeno normal es un material muy convencional, similar al cobre en sus propiedades electrónicas. Con el ángulo mágico, emerge un mundo de nuevas fases de naturaleza cuántica, como la superconductividad.

¿Cuándo se fabricó por primera vez?

D.E. El primer dispositivo se publicó en 2018 y fue obra del español Pablo Jarillo, en el MIT, en Estados Unidos.

¿Por qué decidieron crear su propio grafeno de ángulo mágico?

D.E. Mi proyecto de doctorado fue intentar convertir el grafeno en superconductor; de hecho, en aquella época Pablo Jarillo trabajaba en el mismo grupo. Pasé más de siete años intentándolo, pero nada funcionó. Cuando oí que Pablo lo había logrado al fin, decidí que tenía que hacerlo por mí mismo.

Propiedades inesperadas

“Tenemos todas las áreas más candentes de la física en un único dispositivo”

¿Cómo lo hicieron?

D.E. Con un microscopio óptico, alineamos láminas de grafeno en el ángulo de 1,1 grados para luego estamparlas una sobre la otra. Es como cuando pones una cubierta de plástico en la pantalla de tu móvil.

X.L. La parte más difícil fue controlar el ángulo, porque tiene que ser muy exacto. Tuvimos que hacer muchas pruebas.

D.E. Al estampar tienes que aplicar la fuerza con mucho cuidado, para no cambiar el ángulo. Lograr un control tan fino es muy difícil, como un arte. Fuimos el primer equipo en conseguirlo en Europa y el tercero en el mundo.

Al final su grafeno salió distinto del de Jarillo.

D.E. Mejoramos mucho la calidad. Al trabajar con esta clase de dispositivos, es crítico que sean homogéneos.

X.L. Vimos muchas propiedades nuevas. Encontramos más estados superconductores y aislantes, y además fenómenos cuánticos muy interesantes: superconductividad, aislamiento correlacionado, efectos topológicos, magnetismo… Todas las áreas más candentes de la física en los últimos treinta años, en un único dispositivo.

¿Qué pensaron entonces?

D.E. Nos quedamos estupefactos. Nos llevó uno o dos meses aceptarlo. Cuando ves algo extraño en un experimento, haces todas las comprobaciones posibles, por si hay un error. Ver que el dispositivo era tan milagrosamente bueno, incluso mejor que el de Pablo, fue totalmente inesperado.

Un nuevo campo a explorar

Tendrá aplicaciones en superconductividad, computación cuántica y sensores

¿Qué repercusiones ha tenido para la física?

D.E. Es una de las plataformas materiales más interesantes que existen. Es inaudito tener todas esas fases tan apasionantes en un mismo dispositivo. Además, rotar materiales para cambiar sus propiedades es un nuevo concepto en física, que nunca se había hecho. Ahora es un nuevo campo de investigación.

¿Y qué aplicaciones tendrá?

D.E. La más evidente es la superconductividad. Cuando la electricidad va desde las plantas generadoras hasta casa, la mitad se pierde por el camino. Con cables superconductores no habría perdidas. El gran objetivo desde los años cincuenta es conseguir materiales que sean superconductores a una temperatura suficientemente alta para hacer cables con ellos. Éste es un superconductor totalmente distinto, hay la esperanza de que sea un nuevo camino en esa dirección. También puede tener aplicaciones en computación cuántica, para los chips de los ordenadores cuánticos, y en sensores cuánticos.

¿Sensores cuánticos?

D.E. Son sensores de cuantos de energía, como un único fotón, una partícula de luz. Por ejemplo, cuando se observa una galaxia muy alejada, a veces nos llega un solo fotón al año y para detectarlo se requiere un sensor cuántico. También los necesitamos para entender mejor cómo funciona el cerebro, porque hay señales eléctricas tan sutiles que están por debajo de los límites cuánticos de detección.

¿Qué paso darán ahora?

X.L. Estamos desarrollando detectores de fotones únicos con grafeno de ángulo mágico. También queremos ver lo que ocurre al rotar otros materiales bidimensionales de forma similar.

Dmitri Efetov (Moscú, Rusia, 1980)

Doctor en física, formado en la Escuela Politécnica Federal de Zúrich (Suiza) y la Universidad Columbia (Nueva York, EE.UU.). Tras un postdoctorado en el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), en 2017 fundó su propio grupo en el Institut de Ciències Fotòniques (ICFO), gracias al apoyo de la Fundación Cellex, donde estudia materiales bidimensionales como el grafeno. Lidera un proyecto del programa europeo Quantum Flagship con la meta de desarrollar dispositivos para tecnologías cuánticas.

Xiaobo Lu (Linyi, China, 1990)

Doctor en física de la materia condensada por el Instituto de Física de la Academia de Ciencias China. En 2017 se incorporó al grupo liderado por Dmitri Efetov en el Institut de Ciències Fotòniques (ICFO) en Castelldefels como investigador postdoctoral. Allí investiga las propiedades del grafeno de ángulo mágico y desarrolla dispositivos de alta calidad para estudiar lo que ocurre al rotar materiales bidimensionales, un nuevo campo de la física conocido como twistrónica.

Via: https://www.lavanguardia.com/ciencia/20200209/473322397744/vanguardia-de-la-ciencia-dmitri-efetov-xiaobo-lu-grafeno.html