Source: The Conversation – (in Spanish) – By José Manuel Torralba, Catedrático de la Universidad Carlos III de Madrid, IMDEA MATERIALES
Posiblemente estemos ante una de las historias más fascinantes de los últimos y provechosos años de investigación en física cuántica y desarrollo de materiales avanzados: la rotación (un mínimo twist) en láminas de grafeno del espesor de un átomo generó un ángulo mágico (así lo llaman en física) que nos coloca ante la posibilidad de dar forma a materiales inverosímiles.
La ciencia no es nunca magia, pero a veces lo parece.
Lluvia de premios
El premio Fronteras del Conocimiento de la Fundación BBVA, en la categoría de Ciencias Básicas, ha recaído este año en dos físicos, el canadiense Allan McDonald y el español Pablo Jarillo-Herrero (catedrático del MIT), por sus contribuciones en el campo de la llamada “twistrónica”. También en este año 2026, el galardón más importante de Física (después del Nobel), el Premio Kavli de Nanociencia, se ha concedido a estos mismos científicos junto con la física Eva Y. Andrei (rumana) “por su trabajo fundacional en el establecimiento de “twistrónica”.
Pero esta historia empieza en 2009, cuando en el grupo de investigación de Andrei descubren un fenómeno interesante mientras exploraban con grafeno. Las primeras aplicaciones prácticas que se desarrollaron con este nanomaterial ya merecieron un Nobel en 2010.
Compuesto por una sola capa de átomos de carbono dispuestos en un patrón hexagonal (como un panal de abejas), es el primer material bidimensional conocido, increíblemente resistente y ligero.
El hallazgo de un substrato de niquel que generó el twist
Según la receta más extendida en aquel momento para producirlo, los científicos conseguían monocapas haciéndolo crecer sobre un substrato de cobre. Pero necesitaban más cantidad para poder experimentar más cosas. Tras utilizar como substrato el niquel, observaron que se generaron dos capas, pero con un ligero desacople (“twisted”) entre las estructuras de carbono de ambas. Apenas poco más de un grado.
Cuando llevaron la muestra al microscopio de efecto túnel, observaron un “enorme patrón de Moiré” creado por las láminas de grafeno desplazadas entre sí. Un patrón de Moiré (o efecto muaré) es casi una ilusión óptica, un patrón de interferencia geométrica. Se produce cuando dos patrones de líneas, puntos o tramas similares se superponen, pero ligeramente desplazados. El resultado genera formas onduladas, ondas o bandas extrañas.
Pero lo más sorprendente fue que comprobaron que ese pequeño ángulo de desplazamiento que creaba los patrones modificaba de forma sustancial el comportamiento de los electrones en el material, dando lugar a propiedades inesperadas. Aquel descubrimiento totalmente casual fue directo a una publicación de Nature.
Las matemáticas del ángulo mágico
El físico teórico Allan McDonald leyó este paper, y se puso a trabajar en el desarrollo de una teoría matemática que pudiera explicar el fenómeno. Así se determinó que, efectivamente, ese angulo (que bautizaron como “ángulo mágico”) determinaba los periodos de los patrones de Moiré y, por tanto, posibles propiedades distintas (en función del ángulo).
Con un giro de aproximadamente 1,1 grados, el material podría ser superconductor. Pero con distintos ángulos podrían esperarse distintas propiedades (un material totalmente aislante o con propiedades magnéticas). El hallazgo se publicó en el 2011 en la revista PNAS, pero pasó muy desapercibido unos cuantos años, más allá del interés científico, porque parecía imposible fabricar experimentalmente esas capas “desacopladas” de grafeno.
Y llegó la “twistrónica”
El término “twistrónica” (twistronics) se acuñó en 2016, apareciendo por primera vez en un artículo científico (también teórico) en Physical Review B. En él se ampliaban los modelos matemáticos a estructuras distintas a la del grafeno y otros materiales. La nueva palabra combina “twist” (rotar/girar) y “electronics” (electrónica).
Pero el espaldarazo definitivo a la tecnología se lo han dado el español Pablo Jarillo-Herrero y su grupo de investigación del MIT. Jarillo-Herrero ha sido capaz de pasar de las musas al teatro.
El ‘twist’ se hizo materia
En marzo de 2018, publican de forma simultánea dos artículos en Nature donde muestran que son capaces de fabricar grafeno multicapa, con distintas condiciones de rotación y de contorno. Pudieron obtener un material totalmente aislante o superconductor, en función del ángulo de rotación. Así demostraron que todas las predicciones teóricas eran perfectamente demostrables a escala de laboratorio.
Esto viralizó la twistrónica en el mundo de la física, los nanomateriales y, en general, el mundo de la ciencia de materiales.
Una vez más, un acontecimiento vinculado a ciencia fundamental ha abierto las puertas a importantes consecuencias para nuestra sociedad.
La anti piedra filosofal
En la entrega de premios de la Fundación BBVA, Jarillo-Herrero introdujo el concepto de “antipiedra filosofal” refiriéndose a la twistrónica:
“En la Edad Media, los alquimistas buscaban la piedra filosofal, que convirtiera en oro todo lo que tocara. El grafeno de ángulo mágico se parece un poco a eso, salvo que es como una piedra filosofal a la inversa. Con el grafeno de ángulo mágico, cogemos un solo material y hacemos que se comporte como muchos otros materiales”.
Con la twistrónica, al igual que con los metamateriales, cambiando la configuración de un mismo material, cambiamos de forma drástica sus propiedades.
Tras el pistoletazo de salida que supusieron esos dos artículos en Nature, la twistrónica empezó a crecer en diferentes direcciones: primero hacia tres capas de grafeno, luego hacia multicapas, materiales tridimensionales… Por supuesto, el fenómeno ya se estudia en otros materiales distintos al grafeno: dicogenuros de metales de transición (TMD) para aplicaciones en dispositivos optoelectrónicos avanzados o láseres cuánticos de baja energía; el nitruro de boro hexagonal (h-BN) para fabricar memorias de acceso aleatorio ferroeléctricas (FeRAM) ultradelgadas; óxidos complejos de estructura perovskita de capa delgada y otras perovskitas superconductoras para aplicaciones en computación cuántica.
Los materiales prioritarios de la UE
Los materiales desarrollados por twistrónica tienen potencial para cubrir muchas tecnologías que hoy se consideran de gran importancia para nuestro desarrollo como sociedad: la ya mencionada computación cuántica, optoelectrónica y fotónica, la electrónica de bajo consumo y los sensores magnéticos de alta precisión. Todos estos materiales entran dentro de la clasificación de “nanomateriales y materiales 1D y 2D” incluidos como materiales prioritarios a desarrollar en las futuras transiciones de la Unión Europea.
El principal problema para desarrollar todas estas tecnologías es su escalado a la industria. Se necesitarán años para poder fabricar este tipo de materiales a gran escala. Pero quién sabe si la irrupción de la IA en este campo permitirá acercar estos avances a nuestro día día.
José Manuel Torralba no recibe salario, ni ejerce labores de consultoría, ni posee acciones, ni recibe financiación de ninguna compañía u organización que pueda obtener beneficio de este artículo, y ha declarado carecer de vínculos relevantes más allá del cargo académico citado.
– ref. ‘Twistrónica’: el ángulo mágico del grafeno y la antipiedra filosofal – https://theconversation.com/twistronica-el-angulo-magico-del-grafeno-y-la-antipiedra-filosofal-285825