¡°Los materiales topol¨®gicos permitir¨¢n resolver ecuaciones imposibles¡±

Gran parte de la historia del progreso tecnol¨®gico es la historia del dominio de los materiales. Los primeros humanos que tallaron hachas en s¨ªlex, los que crearon hornos para fundir metales o los que empezaron a utilizar el silicio, el mismo material de las herramientas prehist¨®ricas, para crear circuitos integrados. Cada paso hizo necesario un conocimiento m¨¢s profundo de la materia y durante el siglo XX las revelaciones sobre el misterioso mundo cu¨¢ntico abrieron una nueva v¨ªa por la que seguir avanzando.

Claudia Felser (Aquisgr¨¢n, Alemania, 1962) es directora del instituto Max Planck para la Qu¨ªmica F¨ªsica del Estado S¨®lido en Dresden, Alemania. En ese centro investigan en la frontera entre la qu¨ªmica y la f¨ªsica en busca de materiales con propiedades interesantes para generar y almacenar energ¨ªa o construir los ordenadores del futuro. Felser est¨¢ interesada por el funcionamiento de los materiales topol¨®gicos, merecedores del Premio Nobel de F¨ªsica en 2016. Recientemente, particip¨® en la Escuela Internacional de Verano Nicol¨¢s Cabrera, celebrada en la localidad madrile?a de Miraflores de la Sierra y organizada por el Instituto Universitario de Ciencia de Materiales Nicol¨¢s Cabrera y la Fundaci¨®n BBVA.

Pregunta. ?En qu¨¦ ¨¢reas pueden tener un mayor impacto estos materiales topol¨®gicos?

Tendremos ordenadores cu¨¢nticos en 20 o 30 a?os

Respuesta. En particular, ser¨¢n importantes en la electr¨®nica, en la pr¨®xima generaci¨®n de ordenadores y de todo tipo de dispositivos, pero tambi¨¦n tendr¨¢n impacto en cat¨¢lisis para crear nuevos compuestos org¨¢nicos y f¨¢rmacos.

P. ?Ya hay aplicaciones pr¨¢cticas del entendimiento te¨®rico de los materiales topol¨®gicos?

R. Est¨¢n en camino. En espintr¨®nica, el ¡®efectgo pinhole¡¯, que est¨¢ relacionado con la topolog¨ªa, ya se usa en demostradores, y la pr¨®xima generaci¨®n de memorias MRAM ya aplicar¨¢ conceptos de topolog¨ªa, quiz¨¢ en cuesti¨®n de entre dos y cinco a?os. Cada vez hay m¨¢s aplicaciones.

Los nuevos materiales mejorar¨¢n la eficiencia de los grandes centros de computaci¨®n o la industri qu¨ªmica

P. ?Por qu¨¦ son tan interesantes estos materiales?

Se pueden utilizar nuevos materiales para separar el agua en ox¨ªgeno e hidr¨®geno y utilizar el hidr¨®geno como combustible para el coche

R. Los materiales topol¨®gicos tienen algunas propiedades electr¨®nicas que est¨¢n muy protegidas. Si coges un martillo e intentas destruir esas propiedades topol¨®gicas, no puedes, porque es una propiedad intr¨ªnseca del material. Esto es lo que nos gusta de estos materiales. Con ellos podremos hacer ordenadores m¨¢s r¨¢pidos, pero tambi¨¦n se pueden mejorar los procesos de cat¨¢lisis, para producir f¨¢rmacos, por ejemplo. En muchos procesos catal¨ªticos la superficie es muy importante. Si en una superficie tienes un estado electr¨®nico muy especial que est¨¢ protegido y no puedes destruir, puede ser interesante. Y tambi¨¦n puedes producir ordenadores completamente nuevos basados en mec¨¢nica cu¨¢ntica, que es algo que puede llegar en 20 a?os. Ordenadores m¨¢s eficientes energ¨¦ticamente, pero tambi¨¦n con conceptos de computaci¨®n totalmente distintos.

P. Desde el punto de vista de la energ¨ªa, ?cu¨¢l es la magnitud de la mejora, es algo que tendr¨ªa impacto en cambio clim¨¢tico por ejemplo?

R. Los ordenadores ya emplean un mont¨®n de energ¨ªa. Hoy no vemos los ordenadores, todo est¨¢ en la nube. Pero hay grandes centros de computaci¨®n que necesitan cantidades ingentes de energ¨ªa. Este es un reto, hacer que el almacenamiento de datos sea m¨¢s eficiente energ¨¦ticamente. Tambi¨¦n si puedes mejorar la cat¨¢lisis, puedes mejorar la eficiencia energ¨¦tica porque la cat¨¢lisis consume energ¨ªa. Tambi¨¦n se pueden utilizar nuevos materiales para separar el agua en ox¨ªgeno e hidr¨®geno y utilizar el hidr¨®geno como combustible para el coche.

P. ?Los l¨ªmites para los nuevos materiales suelen ser que son escasos o dif¨ªciles de encontrar o que no se tiene una comprensi¨®n te¨®rica de su funcionamiento?

R. Normalmente encuentras un material de forma accidental que funciona muy bien, como tierras raras que contienen imanes calientes. Pero como se encontraron accidentalmente, no es f¨¢cil conseguir un suministro continuo. Lo que es muy especial con los materiales topol¨®gicos, es que primero lleg¨® la teor¨ªa y despu¨¦s podemos dise?ar materiales muy interesantes en un ordenador. Primero se buscan materiales con una estructura electr¨®nica particular para una aplicaci¨®n potencial. Si no me gusta el material, porque no me gustan los elementos, porque hay platino, por ejemplo, y es muy caro, puedo buscar materiales con propiedades similares pero con distintos elementos. El platino es un catalizador muy conocido, pero es muy caro, as¨ª que si podemos sustituirlo por otro material con buenas propiedades ser¨¢ algo muy ¨²til.

P. ?Qu¨¦ podr¨ªan hacer las computadoras construidas con materiales topol¨®gicos que un ordenador actual no podr¨ªa?

R. Microsoft ha invertido mucho dinero es tener una computadora cu¨¢ntica basada en topolog¨ªa. En computaci¨®n cu¨¢ntica, siempre era un problema generar un estado cu¨¢ntico, porque para eso necesitas separarlo de su entorno, y deber¨ªa estar protegido. Esa es una cualidad intr¨ªnseca de los materiales topol¨®gicos. Podr¨¢s hacer un nuevo tipo de ordenadores con los que resolver nuevas ecuaciones, que ahora son imposibles.

P. ?Cu¨¢ntos a?os pueden faltar para que tengamos un ordenador de este tipo?

R. Dir¨ªa que en 20 o 30 a?os. Ahora se pueden hacer peque?as operaciones con unos pocos bits. Es una prueba de que funciona. Despu¨¦s, para construir un ordenador muy complejo, tienes que integrar muchos de ellos y escalar hacia abajo. De momento a nadie le importa porque primero hay que probar la tecnolog¨ªa y despu¨¦s se tratar¨¢ de miniaturizar.