El grafeno puede ser un excelente conductor eléctrico. También puede bloquear el paso de la corriente o permitir que los electrones se desplacen sin resistencia. Lo sorprendente es que no hace falta añadirle nuevos elementos, modificar su fórmula química ni fabricar otra sustancia para conseguir esos comportamientos aparentemente contradictorios. En ocasiones, basta con girar ligeramente una de sus capas.
Ese pequeño movimiento ha dado origen a la twistrónica, un campo de la física de materiales que estudia cómo cambia el comportamiento de láminas atómicamente delgadas cuando se apilan con una rotación controlada. La clave se encuentra alrededor de los 1,1 grados, una inclinación tan pequeña que, sobre el papel, parecería irrelevante, pero que puede reorganizar por completo el movimiento colectivo de los electrones.
La importancia del hallazgo ha quedado reflejada en los grandes premios científicos de 2026. Según la Fundación BBVA, Allan H. MacDonald y Pablo Jarillo-Herrero recibieron el Premio Fronteras del Conocimiento en Ciencias Básicas por establecer la base teórica y demostrar experimentalmente cómo el llamado “ángulo mágico” permite transformar y controlar las propiedades de nuevos materiales.
El Premio Kavli de Nanociencia de 2026 también reconoció a MacDonald y Jarillo-Herrero, en este caso junto con Eva Y. Andrei, por sus contribuciones fundacionales al nacimiento de la twistrónica. Para el jurado, sus trabajos convirtieron las estructuras de grafeno rotado en una plataforma capaz de revelar fenómenos cuánticos que antes solo podían estudiarse en materiales mucho más complejos.
El patrón que aparece al girar dos panales atómicos
El grafeno está formado por una sola capa de átomos de carbono distribuidos en una red hexagonal parecida a un panal de abejas. Cuando dos láminas perfectamente alineadas se colocan una sobre otra, sus estructuras mantienen una relación relativamente sencilla. Pero al girar ligeramente una de ellas aparece un patrón mucho mayor conocido como superred de moiré.
El efecto se parece a las ondas y figuras que surgen al superponer dos telas, rejillas o imágenes casi idénticas pero ligeramente desalineadas. En el grafeno, sin embargo, el patrón no es una simple ilusión visual. La nueva geometría crea un paisaje periódico que modifica los niveles energéticos disponibles para los electrones y la forma en que estos se desplazan por el material.
En 2009, el equipo de Eva Andrei observó mediante microscopía de efecto túnel que las capas de grafeno rotadas presentaban singularidades electrónicas cuya posición dependía del ángulo entre ellas. Según el trabajo publicado posteriormente en Nature Physics, la rotación permitía acercar esas regiones de alta densidad electrónica a energías accesibles, abriendo la posibilidad de inducir nuevas fases como magnetismo o superconductividad.
La rotación convierte así dos láminas simples en algo parecido a un material nuevo. Los átomos continúan siendo carbono y cada capa conserva su estructura, pero la superposición modifica el entorno que experimentan los electrones. El resultado no depende únicamente de qué materia se utiliza, sino de cómo se organiza en el espacio.
Las matemáticas predijeron que existían ángulos “mágicos”
La gran pista teórica llegó con el modelo desarrollado por Rafi Bistritzer y Allan MacDonald. En un artículo publicado en 2011 en Proceedings of the National Academy of Sciences, ambos calcularon que, al reducir progresivamente el ángulo entre dos capas de grafeno, la velocidad efectiva de los electrones podía disminuir hasta prácticamente desaparecer en ciertos valores concretos.
Esos valores recibieron el nombre de ángulos mágicos. El primero y más accesible se encuentra cerca de los 1,1 grados. Allí aparecen unas bandas electrónicas extremadamente planas: en lugar de atravesar rápidamente el material, los electrones pierden movilidad y pasan más tiempo interactuando entre sí.
Esa ralentización resulta decisiva. En un material convencional, los electrones pueden comportarse de una forma relativamente independiente. Cuando quedan confinados dentro de bandas planas, sus interacciones colectivas pasan al primer plano y pueden producir estados completamente nuevos.
El nombre “mágico” no implica que la física deje de tener explicación. Describe una configuración geométrica muy específica en la que varios parámetros se equilibran y la estructura electrónica cambia de manera drástica. El modelo era convincente, pero durante años quedaba una dificultad enorme: fabricar dos capas con esa inclinación precisa sin romperlas, contaminarlas ni perder el ángulo durante el proceso.
En 2018, el grafeno se convirtió en aislante y superconductor
El salto experimental llegó en 2018. El equipo de Pablo Jarillo-Herrero, en el MIT, fabricó dispositivos de grafeno bicapa rotado cerca de 1,1 grados y publicó simultáneamente dos investigaciones en Nature.
En una de ellas, el material desarrolló estados aislantes correlacionados: pese a estar construido con grafeno conductor, los electrones dejaron de desplazarse libremente debido a sus fuertes interacciones. En la segunda, al modificar la cantidad de electrones mediante un voltaje, la misma estructura se convirtió en un superconductor capaz de transportar corriente sin resistencia bajo temperaturas extremadamente bajas.
El experimento demostró que la predicción del ángulo mágico era real y que el comportamiento del material podía regularse sin cambiar su composición. Según el MIT, los trabajos iniciaron una expansión del campo hacia estructuras de tres o más capas y hacia combinaciones con otros materiales bidimensionales.
En la ceremonia del Premio Fronteras del Conocimiento, Jarillo-Herrero comparó esta capacidad con una piedra filosofal al revés. Los alquimistas buscaban una sustancia capaz de transformar cualquier material en oro. En la twistrónica sucede lo contrario: se toma un único material y se consigue que se comporte como muchos otros mediante pequeños cambios en su geometría.
La geometría empieza a importar tanto como la química
La idea ya no se limita al grafeno. Los investigadores experimentan con nitruro de boro hexagonal, semiconductores bidimensionales, dicalcogenuros de metales de transición y diferentes estructuras multicapa. Cada combinación puede generar nuevos patrones de moiré y permitir el control de propiedades eléctricas, ópticas, magnéticas o ferroeléctricas.
El atractivo de estas plataformas se encuentra en su capacidad de ajuste. Un científico puede modificar el ángulo, la cantidad de capas, el campo eléctrico, la presión o la densidad de electrones y observar cómo el mismo dispositivo atraviesa distintas fases cuánticas. Esto convierte a la twistrónica en una especie de simulador de materia condensada construido átomo por átomo.
Sus posibles aplicaciones incluyen componentes electrónicos de bajo consumo, sensores magnéticos extremadamente sensibles, dispositivos optoelectrónicos y nuevas plataformas para estudiar cúbits y fenómenos vinculados a la computación cuántica. Allan MacDonald ha señalado, según la Fundación BBVA, que el campo podría contribuir a comprender algunos de los problemas más profundos de los materiales cuánticos y, eventualmente, conducir a tecnologías electrónicas y energéticas más eficientes.
Pero conviene separar esa promesa de la realidad actual. La superconductividad del grafeno de ángulo mágico aparece a temperaturas criogénicas, en muestras diminutas y bajo condiciones experimentales cuidadosamente controladas. Ni siquiera existe todavía un consenso completo sobre el mecanismo microscópico que produce ese estado superconductor.
El verdadero obstáculo está en fabricar millones de ángulos idénticos
Construir una muestra en un laboratorio ya exige manipular láminas extremadamente delicadas y mantener una precisión angular extraordinaria. Una pequeña deformación, una burbuja, una impureza o una diferencia local de unas décimas de grado puede alterar las propiedades del dispositivo.
El reto industrial será fabricar superficies mayores, reproducibles y estables sin que el ángulo cambie entre una zona y otra. También habrá que integrar esos materiales con los métodos actuales de producción de chips y conseguir que funcionen a temperaturas y condiciones compatibles con dispositivos reales.
Por ahora, la twistrónica no ha entregado ordenadores cuánticos comerciales ni superconductores capaces de transformar las redes eléctricas. Ha conseguido algo más fundamental: demostrar que la tabla de propiedades de un material no está necesariamente cerrada cuando conocemos su composición.
A escala atómica, girar puede ser casi tan importante como mezclar. Dos láminas construidas con el mismo carbono pueden producir un conductor, un aislante, un imán o un superconductor dependiendo de cómo se miren entre sí. La vieja alquimia buscaba cambiar la materia. La twistrónica ha descubierto que, en ocasiones, ni siquiera es necesario hacerlo: basta con colocarla en el ángulo correcto.
