El enfoque del MIT (Massachusetts Institute of Technology) resuelve automáticamente una variedad de problemas asociados con procesos complicados. Estos dispositivos se crean utilizando una variedad de materiales que requieren múltiples pasos de fabricación.

El trabajo podría marcar el comienzo de una nueva generación de dispositivos electrónicos cuánticos para aplicaciones que incluyen la computación cuántica. Además, los dispositivos pueden ser superconductores o conducir electricidad sin resistencia. Sin embargo, lo hacen a través de un mecanismo poco convencional que, con más estudios, podría proporcionar nuevos conocimientos sobre la física de la superconductividad. Los investigadores informan sus resultados en Nature Nanotechnology.

Pablo Jarillo-Herrero, profesor de Física en el MIT y autor principal del estudio dice en un comunicado «En este trabajo hemos demostrado que el grafeno de ángulo mágico es el más versátil de todos los materiales superconductores, lo que nos permite realizar en un solo sistema una multitud de dispositivos electrónicos cuánticos. Usando esta plataforma avanzada, hemos podido explorar por primera vez una novedosa física superconductora que solo aparece en dos dimensiones».

El grafeno está compuesto por una sola capa de átomos de carbono dispuestos en hexágonos que se asemejan a una estructura de panal. Solo descubierto hace unos 17 años, tiene una variedad de propiedades asombrosas. Por ejemplo, es más fuerte que el diamante, transparente y flexible. También conduce fácilmente tanto el calor como la electricidad. El material «mágico» general, conocido formalmente como grafeno bicapa retorcido de ángulo mágico (MATBG), ha generado un gran interés en la comunidad de investigadores, e incluso ha inspirado un nuevo campo (twistronica). También está en el corazón del trabajo actual. En 2018, el grupo Jarillo-Herrero hizo un descubrimiento sorprendente que involucra dos capas de grafeno, una colocada encima de la otra. Sin embargo, esas capas no estaban exactamente una encima de la otra; más bien, uno fue girado ligeramente en un «ángulo mágico» de 1,1 grados.Es decir el equipo pudo sintonizar el grafeno en estados completamente diferentes cambiando el voltaje al girar una perilla.

En el MIT cambiaron el voltaje suministrado al material mágico a través de un solo electrodo o puerta metálica. En el trabajo actual, «introdujimos múltiples puertas para someter diferentes áreas del material a diferentes campos eléctricos», dice Daniel Rodan-Legrain, estudiante graduado en física y autor principal del artículo Nature Nanotechnology. El equipo pudo sintonizar diferentes secciones del mismo material mágico en una plétora de estados electrónicos, desde superconductores hasta aislantes y en algún punto intermedio. Luego, al aplicar puertas en diferentes configuraciones, pudieron reproducir todas las partes de un circuito electrónico que normalmente se crearían con materiales completamente diferentes.

A partir de esto se crean tres dispositivos electrónicos cuánticos de trabajo diferentes. Estos dispositivos incluyen una unión Josephson o interruptor superconductor. Las uniones de Josephson son los bloques de construcción de los bits cuánticos, o qubits, en las computadoras cuánticas superconductoras. También tienen una variedad de otras aplicaciones, como la incorporación a dispositivos que pueden realizar mediciones muy precisas de campos magnéticos; Un dispositivo de efecto túnel espectroscópico, clave para estudiar la superconductividad, y Un transistor de un solo electrón muy sensible para controlar el movimiento de la electricidad literalmente un electrón a la vez.

Diferentes materiales pueden ser incompatibles es por ello que los tres dispositivos se benefician de estar hechos de un solo material eléctricamente sintonizable. «Ahora, si se trata de un solo material, esos problemas desaparecen», dice Rodan-Legrain. Es que por lo general estos son fabricados de múltiples materiales lo que suele representar muchos e importantes desafíos.