Grafeno: la nueva frontera

Nora Bär
LA NACION

Si quedaban dudas de que en la ciencia hay lugar para el humor y la diversión, el Nobel de Física que ayer se otorgó a los investigadores Andre Geim y Konstantin Novoselov, acaba de probar lo contrario.

Los científicos, ambos nacidos en Rusia, pero actualmente profesores de la Universidad de Manchester, en Gran Bretaña, conmovieron al mundo de la investigación hace seis años con un experimento "de fin de semana" que (después de haber sido rechazado en Nature) finalmente se publicó en Science en octubre de 2004: descubrieron y aislaron un material completamente nuevo y de propiedades fascinantes utilizando grafito y... ¡cinta adhesiva!

Por el hallazgo, Novoselov, de 36 años y ciudadano británico, y su director de doctorado, Geim, 51 años y de nacionalidad holandesa, compartirán el premio de alrededor de 1.400.000 dólares.

Al enterarse de la noticia, ambos declararon estar encantados, pero también decididos a seguir trabajando tan duro como de costumbre.

"Iré a la oficina como siempre; tengo un montón de documentos para examinar y redactar", dijo Geim a la agencia EFE. "Me quedé de una pieza cuando me enteré y mi primer pensamiento fue ir al laboratorio a decírselo al equipo", dijo Novoselov.

Con un solo átomo de espesor, el material que identificaron, el grafeno, no sólo es el más fino que se conozca, sino también el más fuerte. Como conductor de electricidad supera al cobre, y como conductor de calor supera a todos los conocidos. Además, es casi completamente transparente y, sin embargo, tan denso que ni siquiera el helio, un gas monoatómico, puede atravesarlo.

"Tanto el impacto de este trabajo como sus potenciales aplicaciones son enormes", afirma Gonzalo Usaj, investigador del Instituto Balseiro y el Conicet, que desarrolla investigaciones teóricas sobre las propiedades físicas de este material.

El grafeno es una forma del carbono, el elemento básico para la vida. De acuerdo con cómo se ordenan sus átomos, el carbono puede dar lugar a diferentes materiales. Por ejemplo, el grafito (el mismo que se utiliza en las minas de los lápices) y el diamante están compuestos por átomos de carbono. Curiosamente, el primero es una de las sustancias más blandas, y el segundo, una de las más duras que existen. "Lo que confiere las propiedades a un material es el comportamiento de la colección de sus átomos", explica Usaj.

Aunque se sabía que el grafito está formado por láminas de carbono de estructura hexagonal, se creía que aislar una en particular de forma tal que tuviera un único átomo de espesor era imposible. "Se pensaba que esta forma bidimensional del carbono no era estable", cuenta Usaj. De modo que resultó una sorpresa absoluta cuando Geim, Novoselov y sus colaboradores mostraron que podían hacerlo. El grafeno es, precisamente, esa capa lisa hexagonal de carbono.

En su comunicado, el Comité Nobel afirma: "El carbono, la base de toda la vida conocida en la Tierra, volvió a sorprendernos".

Experimento inusual

"El grafito es un material que existe en la naturaleza y está formado por planos de carbono ?explica el físico argentino Jorge Sofo, director del Centro de Simulación de Materiales de la Universidad Estatal de Pensilvania?. De hecho, cuando uno escribe sobre un papel, va dejando chapitas de carbono, aunque no necesariamente de un solo átomo de grosor. Para su trabajo, Geim y Novoselov utilizaron grafito natural altamente orientado y le pegaron una cinta adhesiva. Al retirarla, quedaron algunas capas pegadas, pero luego le adhirieron a ésta otro trozo de cinta, para que al despegarlas quedaran capas de grafito en ambas caras. Así, repitieron la operación diez o veinte veces tratando de que las capas fueran cada vez más finas, pero como uno no puede «ver» un átomo (porque la longitud de onda de la luz visible es más grande), aprovecharon la extraordinaria coincidencia de que al frotar esos rastros de grafito con sílica [óxido de silicio] toma un color especial que puede verse con un microscopio óptico [algo así como un arco iris similar al que se observa cuando se vuelca aceite en agua]. Al observarlos a través de este instrumento y luego con un microscopio de fuerza atómica, pudieron probar que habían logrado aislar el grafeno."

Futuro de fantasía

Debido a su extraña estructura, este material tiene toda clase de características sorprendentes. Por ejemplo, el orden único de sus átomos hace que sus electrones no reboten como bolas de billar, sino que se comporten como partículas de luz (fotones) y se desplacen en forma de ondas (¡avanzan a un millón de metros por segundo!). Esto les permite a los científicos explorar toda clase de rarezas de la física cuántica.

Pero además, sus posibles aplicaciones desafían la imaginación más audaz. Se piensa que el grafeno permitiría hacer chips más pequeños y rápidos. "Tal vez estemos en el umbral de una nueva miniaturización electrónica que conducirá a computadoras más eficientes", explican los documentos que acompañan el anuncio del premio. Y, como es prácticamente transparente y tan buen conductor de la electricidad, se anticipa que permitirá desarrollar pantallas táctiles, paneles de iluminación, celdas solares, plásticos capaces de conducir electricidad y resistir el calor, y otros materiales compuestos más elásticos y livianos para satélites, aviones y autos.

En el Centro Atómico Bariloche, Usaj estudia las propiedades de este material prometedor, por ahora, desde el punto de vista teórico, aunque espera también ingresar en el campo experimental. "Para observar muchos de sus extraños efectos, se necesitan dispositivos capaces de producir muy bajas temperaturas ?dice?. Esperamos poder comprar uno bastante pronto."

Sofo, por su parte, ya predijo la existencia de un compuesto similar al grafeno, pero con un átomo de hidrógeno asociado con cada carbono. Se llamaría grafano.

"Al contrario de lo que ocurre con el grafeno, el grafano sería completamente aislante ?cuenta?. Geim y su equipo publicaron un trabajo diciendo que habían logrado sintetizarlo, pero yo creo que no. Tenemos que seguir discutiendo, aunque con el Nobel me parece que por un tiempo van a estar bastante ocupados..."