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El grafeno es flexible, no se moja con el agua y tiene una gran fotosensibilidad

Científicos del CSIC ofrecen una explicación a la superconductividad del grafeno que podría impulsar el uso de este super material

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Un equipo de investigadores del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) cree qué el grafeno bicapa girado con el llamado ángulo “mágico” se comporta como un material superconductor no convencional mostrando, además, propiedades metálicas anómalas, debido a la propia interacción entre los electrones, en lugar del mecanismo habitual de interacción con las vibraciones elásticas de la red cristalina. Su trabajo podría ayudar a mejorar el diseño del grafeno y, con ello, las aplicaciones de este super material, que está compuesto por carbono puro y ya es empleado en la fabricación de paneles solares.
Científicos del CSIC ofrecen una explicación a la superconductividad del grafeno que podría impulsar el uso de este super material

Los autores de la investigación, que se ha publicado en la revista Physical Review Letters, recuerdan que en 2018 se descubrió que el grafeno adquiere propiedades electrónicas no convencionales cuando dos láminas de este material se giran con un ángulo de rotación de 1,1 grados entre ellas, dotándole de características que poseen ciertos materiales superconductores.



“Como señalaron entonces los autores del descubrimiento experimental de este fenómeno, se desconocía el mecanismo por el que el grafeno se comportaba de esta manera. Contar con una explicación teórica del fenómeno es importante porque puede llevar a nuevos diseños”, subraya José González, del Instituto de Estructura de la Materia del CSIC y uno de los autores de la investigación.

La propuesta de este equipo científico explicaría por qué el grafeno bicapa girado se convierte en un metal extraño y pasa a un estado electrónico anómalo, algo que se observa también en los óxidos de cobre superconductores de alta temperatura. “Hasta ahora, dicho estado requería de materiales de cierta complejidad pero aquí se reemplaza por la complejidad estructural de las bicapas de grafeno rígidas, donde solo interviene el carbono”, señala Tobias Stauber, investigador en el Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid, otro de los centros del CSIC que han participado en el trabajo.



Para llegar a esta conclusión, el equipo ha profundizado en por qué a temperaturas superiores en las que desaparece la superconductividad, es decir, cuando se recupera el estado metálico que no es superconductor, aparece una fase metálica no convencional o de strange metal. Los resultados, apuntan, podrían ayudar a entender la física de los materiales superconductores de alta temperatura, uno de los mayores desafíos de la física teórica desde su descubrimiento hace más de 30 años.


El diseño experimental original del material bidimensional de grafeno se realizó a bajas temperaturas (a unos -272 °C) pero, como comentan los físicos, es susceptible de ser modificado de muchas maneras. “Por ejemplo, existe la esperanza de emplear sistemas de tres o más capas de grafeno o de otros materiales bidimensionales que puedan encontrar superconductividad a diferentes temperaturas. Para ello es imprescindible contar con construcciones teóricas como la nuestra”, añaden

La aplicación de las conclusiones de este estudio podría solucionar la limitación física básica de la computación analógica, que viene dada por la gestión eficiente de la transferencia de calor. Así la electrónica superconductora permitiría una mayor miniaturización de los circuitos pero también reduciría el consumo de energía, un factor cada vez más importante para ahorrar energía.



Todo lo que sabemos sobre el grafeno

El grafeno es un material compuesto por carbono puro, cuyos átomos se encuentran organizados en un patrón hexagonal regular. En la actualidad cuenta con numerosas aplicaciones comerciales que se están materializando en nuevos productos. Sin embargo, la falta de información acerca de la correcta preparación y el procesado de este material está retrasando su llegada a los consumidores. 



Para superar este desafío, un grupo internacional de 70 investigadores, bajo el paraguas del proyecto Graphene Flagship de la Unión Europea, ha reunido en un manual todo el conocimiento de que disponen sobre la fabricación de grafeno y de los materiales relacionados con él. La guía, que recoge más de 1.500 referencias científicas, ha sido coordinada por la investigadora del CSIC Mar García Hernández, del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid.



Entre las múltiples aplicaciones del grafeno se encuentra su uso en sistemas solares. El grafeno es flexible, no se moja con el agua y tiene una gran fotosensibilidad, cualidades que lo hacen idóneo para su uso, por ejemplo, en paneles solares mejorados para los exteriores de edificios. Se trata, además, de un material prácticamente indestructible. La compañía estadounidense Freevolt ya ofrece paneles solares de grafeno, y la empresa S2A Modular (también estadounidense), que diseña y construye casas ecológicas, los incluye en su oferta.





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