La revolución práctica del grafeno, mucho por investigar y un uso aún por determinar

Desde que en el 2004 se aisló por primera vez en un laboratorio el grafeno, la investigación de este “supermaterial” ha seguido avanzando, con hitos muy importantes como los hallazgos del español Pablo Jarillo-Herrero, no así sus aplicaciones. “Las expectativas -dice- se inflaron con la prontitud de los tiempos”.

Este material bidimensional de átomos de carbono es extremadamente fino, resistente, flexible y ligero, unas propiedades que a día de hoy lo siguen haciendo único. “Eso es una cosa y otra muy distinta es afirmar que va a valer para todo y en cinco años; eso es totalmente irracional”, señala el científico.

“La gente en general es un poco impaciente respecto a las aplicaciones”; los transistores, que están en toda la electrónica que utilizamos, se inventaron en los años cuarenta pero el uso de los ordenadores no se extendió hasta los noventa, recuerda este profesor de Física en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), en Estados Unidos.

El grafeno se aisló hace 18 años gracias a los rusos Andre Geim y Konstantin Novoselov -recibieron el Nobel de Física en el 2010- y aún es “un poco pronto” para que exista grafeno en multitud de aplicaciones comerciales. “Lo que ocurrió fue que mucha gente empezó a darle bombo diciendo que iba a sustituir al silicio -material base de la electrónica y microelectrónica- y eso no creo que vaya a ocurrir”.

No obstante, apunta, el grafeno ya está en algunos componentes deportivos -como raquetas de tenis- y ciertas propiedades (que el silicio no tiene) se usan para mejorar las cámaras infrarrojas.

La “twistrónica”, el mejor descubrimiento

Y, ¿qué ha ocurrido en estos 18 años? Muchas cosas. Las propiedades increíbles del grafeno se presentaron en una sola capa de material, pero a lo largo de los años la comunidad científica se dio cuenta que las cualidades podrían cambiar poniendo una lámina encima de otra.

En el 2010, se publicaron una serie de artículos teóricos que afirmaban que, si además de colocar dos capas, estas se rotan en un ángulo pequeño las propiedades electrónicas se modifican bastante. No se especificaba exactamente qué variaciones, solo que estas ocurren.

Jarillo-Herrero y su equipo comenzaron entonces a trabajar con el grafeno bicapa girado, utilizando al principio rotaciones con ángulos grandes, con las que también se producen cambios atractivos en las propiedades, y después con ángulos pequeños. Y llegó la sorpresa.

Los primeros resultados interesantes aparecieron en el 2016, pero no fue hasta el 2018 cuando descubrieron dos comportamientos del grafeno girado de ángulo mágico -así comenzó a llamarse el pequeño ángulo de giro utilizado- que nadie había predicho.

La nueva versión de grafeno podía volverse aislante y superconductora y pasar de una propiedad a otra, “una sorpresa inesperada” que atrajo mucha atención de la Física, señala.

La revista Nature se hizo eco de los hallazgos en dos artículos, uno por cada propiedad, y Jarillo-Herrero logró que el que describía la superconducción, el más rompedor, pasara su revisión y se publicara en una semana -algo nada frecuente-. “Llevábamos mucho tiempo guardando el secreto y no queríamos que el estudio estuviese meses circulando”.

Lo que vino después fue un “boom” en un campo de la Física apodado “twistrónica” -twist es giro en inglés- y multitud de premios, entre ellos el Wolf de Israel -considerado antesala de los nobel-, que ganó junto al canadiense Allan H. Macdonald y al israelí Rafi Bistritzer.

Este nuevo grafeno es mucho más versátil y lo verdaderamente importante, describe Jarillo-Herrero, es que al ser superconductor transporta la electricidad sin disipar energía, no como los actuales transistores en los dispositivos -por eso notamos cómo se calientan-.

En teoría se podría mejorar toda la electrónica gracias a esta nueva cualidad, reduciendo además las emisiones nocivas en todo el mundo, pero todavía falta mucho. El descubrimiento del español está aún dentro del conocimiento básico de la Física y tiene un obstáculo principal: los experimentos solo funcionan a temperaturas muy bajas, a -270 grados.

Sin embargo, los transistores de silicio -en los ordenadores actuales- trabajan a temperatura ambiente; este es el reto, un reto que lo es de toda la Física de materiales que lleva años intentado encontrar superconductores que funcionen a temperatura ambiente.

La clave para avanzar, dice Jarillo-Herrero, es entender mejor este grafeno de ángulo mágico y sus principios básicos.