Pista de patinaje para electrones: premio Nobel de física 2010

Por los corredores de silicio de los circuitos de las computadoras, las cámaras digitales, los iPods y otros aparatos electrónicos complicados fluyen electrones como coches en las calles de una ciudad, ora frenando, ora reanudando la marcha. Sus movimientos controlados se combinan y el resultado es el funcionamiento del aparato, el pulso colectivo y fecundo de la ciudad en marcha. Pero cuanto más estrechas son las calles y más pequeña la ciudad, más dificultoso es el flujo. La tecnología del silicio está llegando a sus límites de miniaturización y eficiencia.

Desde hace muchos años los físicos andan en pos de otros materiales con propiedades parecidas a las del silicio, pero que lo superen en eficacia. Se han probado semiconductores orgánicos, así como "nanotubos" (cilindros de átomos de carbono millones de veces más delgados que un pelo), aunque el material ideal sería una placa perfectamente plana, porque los cálculos indican que en un material así los electrones podrían fluir con una libertad imposible en los materiales tridimensionales, pero de manera controlable como en los semiconductores tradicionales. Imagínense las calles de su ciudad preferida transformadas en pistas de patinaje sobre hielo: adiós tráfico, adiós tumulto y aglomeración. Semejante material, ¡ay de mí!, no existe más que en la imaginación de los físicos teóricos. O más bien sí: el grafito común que se usa para fabricar lápices tiene una estructura de pastel mil hojas y cada hoja es una capa de átomos de carbono unidos en hexágonos como un mosaico. Una capa de grafito funcionaría como pista de patinaje para electrones, pero hasta 2004 todo el mundo pensaba que, si se lograra desprender del grafito una película de un solo átomo de espesor (material hipotético que desde 1987 se llamaba grafeno), ésta se enrollaría o formaría pelotitas llamadas fullerenos, es decir, estructuras tridimensionales. Pero no había forma de saberlo, porque, por más que lo intentaban varios grupos de investigación, nadie podía obtener capas así de delgadas.

En 2004, Andre Geim y Konstantin Novoselov, de la Universidad de Manchester, y sus colaboradores obtuvieron hojuelas de grafeno básicamente usando cinta adhesiva, para sorpresa de sus rivales, que buscaban lograrlo con métodos más elaborados. Los investigadores publicaron su método, así como las primeras mediciones de las propiedades electrónicas de este material ultradelgado, en un artículo en la revista Science. En muy poco tiempo otros investigadores confirmaron los resultados del equipo de Geim y Novoselov e idearon experimentos para explorar las posibles aplicaciones del nuevo material. Tan rápido cundió el interés en el grafeno, y tantas investigaciones inspiró el descubrimiento del equipo de Manchester, que para 2009 Geim sintió la necesidad de reunir en un solo artículo todo lo que se había hecho hasta entonces. El investigador escribió una monografía para ayudar a los recién llegados a adentrarse en el tema y contribuir a darle cohesión al nuevo campo de investigación. Hace unos días la Real Academia Sueca de Ciencias decidió darles el premio Nobel de física 2010 a Geim y Novoselov.

El grafeno tiene propiedades que en los materiales tridimensionales son contrarias: es flexible como el plástico, pero más resistente que el diamante; es buen conductor de la electricidad como los metales, pero transparente como el vidrio. Los buenos conductores contienen muchos electrones que pueden moverse con relativa libertad en el material, a diferencia de los aislantes, cuyos electrones están atrapados en sus átomos y no se pueden desplazar. Los electrones casi libres de un conductor absorben o reflejan la luz que incide sobre ellos y por eso los buenos conductores de electricidad, como los metales, tienden a ser opacos y reflejantes). Las aplicaciones tampoco se han hecho esperar, aunque están en la etapa de prototipos: la compañía IBM fabricó un transistor ultrarrápido de grafeno y Samsung, de Corea, desarrolló una pantalla sensible al tacto. Otros han ideado dispositivos experimentales para probar ciertos aspectos de la mecánica cuántica relativista (la física de los electrones rapidísimos y otras partículas veloces) con grafeno.

El premio Nobel de física se suele otorgar por investigaciones teóricas novedosas que se hayan confirmado espectacularmente o investigaciones experimentales cuyas aplicaciones ya estén disponibles. El caso de Geim y Novoselov no es ni de un tipo ni del otro. Aunque las aplicaciones aún no estén en el mercado, empero, el descubrimiento ha sido tan fecundo en investigaciones nuevas que la comunidad física concede unánimemente que el premio es bien merecido.

Andre Geim ya se había hecho acreedor a otro codiciado reconocimiento internacional: en el año 2000 ganó el premio Ig Nobel de física junto con su colaborador, Sir Michael Berry, por hacer levitar una rana viva con imanes (el experimento formaba parte de una interesante investigación sobre el magnetismo). Geim es el primer individuo que ha ganado tanto un Ig Nobel como un Nobel.