Pablo Jarillo Herrero: “El grafeno tricapa es el superconductor más fuerte que existe en el mundo”

A Pablo Jarillo Herrero le resulta difícil decidirse entre el ansia de comprenderlo todo sobre los materiales que estudia y el gusanillo de seguir investigando. Hace tres años hizo un descubrimiento “totalmente inesperado”: al rotar una capa de grafeno sobre otra a un ángulo muy preciso, se vuelve o bien aislante o bien superconductor, algo insólito ya que el grafeno en sí no es ni una cosa ni la otra.

Era la primera vez que un material cambiaba completamente sus propiedades electrónicas simplemente alterando el ángulo de rotación entre dos capas. “Es algo que nunca se había podido hacer en la historia de la ciencia de materiales”, según el investigador del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT).

Por este hallazgo recibe la Medalla de la Real Sociedad Española de Física-Fundación BBVA 2020, cuya entrega se celebró la semana pasada. Jarillo Herrero ha recibido numerosos premios más, pero el hecho de que la Medalla sea española le hace “más ilusión”. Además, recuerda que “el trabajo es de todos mis estudiantes, postdocs [investigadores posdoctorales] y gente de mi grupo, y también de mis colaboradores del MIT y de todos los sitios del mundo”.

Un material para gobernarlos a todos

La importancia del descubrimiento va incluso más allá de la novedad. Los materiales superconductores llevan tiempo estudiándose, pero una clase de ellos, los superconductores no convencionales, todavía se resisten al entendimiento de la comunidad científica. Pues bien, la superconductividad que se ha observado en el grafeno de ángulo mágico “se produce de una manera que se parece mucho a la de los superconductores no convencionales”, apunta el investigador.

Lo bueno es que el grafeno es un material mucho más simple que otros materiales conocidos de esta clase, de modo que ofrece una plataforma muy prometedora donde explorar la superconductividad no convencional. “Si no la entendemos aquí, ¿dónde la vamos a entender?”, plantea Jarillo Herrero, con la esperanza de “aprender lecciones que nos ayuden a entender todos los demás materiales no convencionales”.

Aunque, como le recuerdan sus colegas, el propio grafeno es “todavía más interesante en sí”. Sus propiedades magnéticas lo hacen singular, y el investigador resalta que “básicamente estamos haciendo toda la física de la materia condensada en un material”.

¿Superconductividad a temperatura ambiente?

Quizá por eso, ahora se investiga intensamente para averiguar los efectos de rotar las capas de otros materiales. Tal es el furor que el campo tiene su propio nombre, la twistrónica. Un campo que podría sentar las bases para conseguir la superconductividad a temperatura ambiente.

Actualmente, para que un material sea superconductor se necesitan temperaturas muy frías, y este es el principal obstáculo para llevar esta tecnología al mercado. Por eso gran parte de la comunidad de física de la materia condensada sueña con conseguir superconductividad a temperatura ambiente.

Si rotar una capa de grafeno sobre otra a un ángulo muy preciso convierte al material en aislante o superconductor, hacerlo con tres capas da lugar al “superconductor más fuerte que existe en el mundo”, destaca Jarillo Herrero. Aunque la temperatura a la que el grafeno tricapa es superconductor (llamada temperatura crítica) no es la más alta conocida, sí lo es si se tiene en cuenta la baja densidad de electrones que tiene este material.

Aún no se conoce en detalle el mecanismo que hay detrás, pero Jarillo Herrero espera que, cuando se consiga dar con esas claves, sea posible “diseñar un material que tuviera los ingredientes que hacen que la superconductividad del grafeno de ángulo mágico sea tan alta pero con la densidad de electrones de los materiales típicos”. Así, “podríamos aumentar esa superconductividad muchísimo, más allá de la temperatura ambiente”.

Otro obstáculo es el tamaño. Los dispositivos de grafeno rotado que fabrican en el laboratorio de Jarillo Herrero miden solo unas pocas micras de lado, demasiado pequeños para integrarlos en las tecnologías actuales. Por eso al investigador le gustaría ver dispositivos más grandes, de unos milímetros o centímetros.

Aunque lo verdaderamente revolucionario sería descubrir “nuevas fases de la materia que no conocemos hoy”. A Jarillo Herrero se le encienden los ojos al imaginar la posibilidad de hallar “algo totalmente nuevo que no hubiéramos visto antes” ni se hubiera predicho teóricamente.

Hay razones para pensar que pueda suceder. En 2013, la Unión Europea invirtió mil millones de euros en el proyecto Graphene Flagship, una suerte de buque insignia de diez años de duración. El proyecto no se renovará, pero Jarillo Herrero no cree que sea una mala noticia.

Argumenta que “ha habido un poquitín de impaciencia por parte de la sociedad y de los políticos, y un poco de hype por parte de algunos científicos” y, a su parecer, se quería pasar de la investigación fundamental a las aplicaciones demasiado rápido. Sin embargo, el investigador está convencido de que “continúa habiendo un apoyo fuerte porque hay mucha física fundamental interesante” y cada vez más oportunidades también para la ingeniería.

Más allá del dinero

Para hacer grandes avances de este tipo, eso sí, se necesitan las condiciones adecuadas. En ese sentido, Jarillo Herrero valora el modelo estadounidense. Allí, después del periodo posdoctoral, los contratos universitarios están dotados con recursos económicos para investigar. “Te dan total libertad, cien por cien independencia, no tienes a nadie por encima de ti diciéndote lo que tienes que hacer”, aprecia el investigador, que defiende que “ahí es cuando surgen las ideas más innovadoras”.

Pero las condiciones van más allá de los recursos económicos. El físico reconoce que “con el tiempo me gustaría pasar más tiempo en España”. Sin embargo, el ecosistema del MIT “es increíblemente difícil de recrear en otro sitio”, por eso no se plantea un retorno completo a corto o medio plazo.

Para fundar una suerte de “Mediterranean Institute of Technology” no solo se necesitarían fondos, sino “una flexibilidad con el dinero que hoy en día no es fácil en las estructuras españolas”. Por eso defiende un modelo mixto público-privado, ya que, aunque “tiene que haber un apoyo público a la investigación”, argumenta que “con dinero privado de fundación puedes hacer el tipo de cosas que es más difícil hacer con dinero público”.

Crear instituciones científicas es como crear equipos de fútbol, compara Jarillo Herrero. “Si un equipo en Estados Unidos quisiera traer un jugador del Real Madrid, aunque le den el mismo salario y un estadio igual… no estaría en el Real Madrid”, por eso le tendrían que ofrecer condiciones mucho mejores. “Con la investigación parece que no se entiende tan bien”, concluye.

QUE NO TE LA CUELEN:

• Ya se ha desmentido muchas veces, pero lo decimos una vez más: las vacunas contra la covid no contienen grafeno ni derivados. Si lo incluyeran, la inyección no sería transparente, ya que el grafeno consiste en carbono, que es un material oscuro. El grafeno tampoco podría explicar el hecho de que cucharas, tenedores y otros objetos metálicos se peguen al brazo de las personas vacunadas: en condiciones ambientales no es un material magnético. Las cucharas se pegan al brazo de cualquier persona, vacunada o no, por el sudor y la grasa de la piel.

REFERENCIAS (MLA):

• Cao, Yuan et al. “Unconventional Superconductivity In Magic-Angle Graphene Superlattices”. Nature, vol 556, no. 7699, 2018, pp. 43-50. Springer Science And Business Media LLC, https://doi.org/10.1038/nature26160.
• Park, Jeong Min et al. “Tunable Strongly Coupled Superconductivity In Magic-Angle Twisted Trilayer Graphene”. Nature, vol 590, no. 7845, 2021, pp. 249-255. Springer Science And Business Media LLC, https://doi.org/10.1038/s41586-021-03192-0.