Historia de un descubrimiento

Hace poco m¨¢s de cinco siglos, Col¨®n busc¨® una ruta alternativa para llegar a las deseadas Indias. Con grandes esfuerzos (y falta de confianza de sus contempor¨¢neos), march¨® en la direcci¨®n contraria a la del resto de navegantes. En el camino, sin esperarlo, hizo un descubrimiento que cambiar¨ªa el futuro de la humanidad. La historia nace a menudo de iniciativas que desaf¨ªan el camino establecido, de personas que se aventuran en la otra direcci¨®n.

Esta actitud es la que llev¨® hace seis a?os al descubrimiento de un material que amenaza con revolucionar el mundo de la tecnolog¨ªa. El grafeno era hasta hace poco una quimera, un modelo te¨®rico usado por los f¨ªsicos que nunca se hab¨ªa logrado sintetizar. Se trata de la membrana m¨¢s fina posible, pues es carbono de un ¨¢tomo de grosor, y tiene la apariencia de una tela transparente y flexible, a la par que resistente y conductora de electricidad. El carbono del que est¨¢ hecho es un elemento fascinante, pues si bien es muy com¨²n (nosotros mismos estamos compuestos en gran parte de carbono), da lugar a muy diversos materiales tan solo cambiando la forma en la que unos ¨¢tomos se unen a otros. Cuando se empaqueta densamente en una estructura tridimensional, tenemos un diamante. Cuando se organiza en capas bidimensionales d¨¦bilmente unidas, tenemos grafito, con el que se fabrican las minas de los l¨¢pices.

El grafeno era hasta hace poco una quimera, un modelo usado por los f¨ªsicos que nunca se hab¨ªa sintetizado

Es la membrana m¨¢s fina posible, pues es carbono de un ¨¢tomo de grosor, y tiene la apariencia de una tela

Pues bien, para comprender el grafito y sus derivados, los f¨ªsicos llevaban 50 a?os estudiando las propiedades matem¨¢ticas del grafeno. Una de ellas era precisamente la de que un material as¨ª no pod¨ªa existir. Se pensaba que, si se consegu¨ªa aislar una sola capa de grafito, estar¨ªa tan llena de defectos que ser¨ªa inestable a temperatura ambiente. En 2004, el f¨ªsico Andre Geim, de la Universidad de Manchester, buscaba una nueva l¨ªnea de investigaci¨®n para un estudiante de doctorado que acababa de llegar. No siempre es f¨¢cil tener a mano un tema nuevo. Konstantin Kostya Novoselov, que as¨ª se llamaba el reci¨¦n llegado, iba a aparecer en su despacho en cualquier momento y no sab¨ªa qu¨¦ ofrecerle. Entonces tuvo una idea. Otro de sus estudiantes estaba investigando el grafito. Para el estudio de este material, es necesario que su superficie est¨¦ lo m¨¢s pulida y limpia posible. Para ello, en estos laboratorios de alta tecnolog¨ªa se usa un m¨¦todo bastante rudimentario. Simplemente se pega un trozo de cinta adhesiva sobre la muestra y se tira con garbo. De esta forma se arrancan las capas m¨¢s superficiales, que suelen estar da?adas y contaminadas, y se analiza el grafito restante. Las cintas de celo usadas para el pulido se tiran sin m¨¢s. Sin embargo, en un giro genial, a Andre se le ocurri¨® mirar en esa otra direcci¨®n, la de los restos pegados al celo, y proponerle a Kostya el estudio de las capas de grafito que normalmente se desechan. Lo que ninguno de los dos se imaginaba es que, entre los cientos de laminillas pegadas a la cinta, algunas ser¨ªan monocapas cristalinas de grafito, o sea, grafeno, cuyas propiedades revolucionar¨ªan la f¨ªsica de los materiales.

El grupo de Manchester consigui¨® medidas de transporte electr¨®nico a trav¨¦s de grafeno. Con estos resultados viajaron a EE UU y los presentaron en la reuni¨®n anual m¨¢s famosa de f¨ªsicos de la materia condensada, el March Meeting. Sab¨ªan que ten¨ªan unos resultados nuevos y con potencial en el mundo de las aplicaciones tecnol¨®gicas, pero no se imaginaban que sus medidas guardaban a¨²n m¨¢s sorpresas, esta vez de car¨¢cter fundamental y filos¨®fico.

Casualmente, en 2005, un importante profesor espa?ol y experto en grafito disfrutaba de un a?o sab¨¢tico en la Universidad de Boston. Francisco Paco Guinea, del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid, y otros dos colegas, Antonio Castro Neto y Nuno Peres, vieron los resultados de Kostya y se dieron cuenta de que no solo se hallaban ante una proeza experimental, sino ante un hito en el campo de la f¨ªsica. Resulta que los electrones del grafeno se comportan de una manera muy especial. No se rigen por las ecuaciones que usualmente describen el comportamiento de materiales normales, como los semiconductores o los metales, sino que se parecen a los de part¨ªculas muy dif¨ªciles de generar y detectar, para cuyo estudio se construyen gigantescos aceleradores de part¨ªculas como el LHC de Ginebra. Gracias en gran parte a la visi¨®n de Paco, el grafeno nos brinda la posibilidad de acceder a esta f¨ªsica de altos vuelos con pocos medios y desde el modesto laboratorio de una universidad.

Adem¨¢s de las aplicaciones de microelectr¨®nica y pantallas, otras propuestas incluyen paneles solares y supercapacitores (bater¨ªas que se recargan al instante). Desde la biotecnolog¨ªa se ha pensado en usarlo para encapsular virus. Son tan solo algunos ejemplos. Lo que est¨¢ claro es que, en su corta vida, el grafeno ha capturado la imaginaci¨®n de cient¨ªficos de todo el mundo. Y promete dar mucho m¨¢s que hablar.

Elsa Prada es investigadora en grafeno en el Instituto de Ciencia de Materiales del CSIC de Madrid.