Historia de un descubrimiento

Hace poco más de cinco siglos, Colón buscó una ruta alternativa para llegar a las deseadas Indias. Con grandes esfuerzos (y falta de confianza de sus contemporáneos), marchó en la dirección contraria a la del resto de navegantes. En el camino, sin esperarlo, hizo un descubrimiento que cambiaría el futuro de la humanidad. La historia nace a menudo de iniciativas que desafían el camino establecido, de personas que se aventuran en la otra dirección.

Esta actitud es la que llevó hace seis años al descubrimiento de un material que amenaza con revolucionar el mundo de la tecnología. El grafeno era hasta hace poco una quimera, un modelo teórico usado por los físicos que nunca se había logrado sintetizar. Se trata de la membrana más fina posible, pues es carbono de un átomo 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 está hecho es un elemento fascinante, pues si bien es muy común (nosotros mismos estamos compuestos en gran parte de carbono), da lugar a muy diversos materiales tan solo cambiando la forma en la que unos átomos se unen a otros. Cuando se empaqueta densamente en una estructura tridimensional, tenemos un diamante. Cuando se organiza en capas bidimensionales débilmente unidas, tenemos grafito, con el que se fabrican las minas de los lápices.

El grafeno era hasta hace poco una quimera, un modelo usado por los físicos que nunca se había sintetizado

Es la membrana más fina posible, pues es carbono de un átomo de grosor, y tiene la apariencia de una tela

Pues bien, para comprender el grafito y sus derivados, los físicos llevaban 50 años estudiando las propiedades matemáticas del grafeno. Una de ellas era precisamente la de que un material así no podía existir. Se pensaba que, si se conseguía aislar una sola capa de grafito, estaría tan llena de defectos que sería inestable a temperatura ambiente. En 2004, el físico Andre Geim, de la Universidad de Manchester, buscaba una nueva línea de investigación para un estudiante de doctorado que acababa de llegar. No siempre es fácil tener a mano un tema nuevo. Konstantin Kostya Novoselov, que así se llamaba el recién llegado, iba a aparecer en su despacho en cualquier momento y no sabía qué ofrecerle. Entonces tuvo una idea. Otro de sus estudiantes estaba investigando el grafito. Para el estudio de este material, es necesario que su superficie esté lo más pulida y limpia posible. Para ello, en estos laboratorios de alta tecnología se usa un método 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 más superficiales, que suelen estar dañadas y contaminadas, y se analiza el grafito restante. Las cintas de celo usadas para el pulido se tiran sin más. Sin embargo, en un giro genial, a Andre se le ocurrió mirar en esa otra dirección, 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 serían monocapas cristalinas de grafito, o sea, grafeno, cuyas propiedades revolucionarían la física de los materiales.

El grupo de Manchester consiguió medidas de transporte electrónico a través de grafeno. Con estos resultados viajaron a EE UU y los presentaron en la reunión anual más famosa de físicos de la materia condensada, el March Meeting. Sabían que tenían unos resultados nuevos y con potencial en el mundo de las aplicaciones tecnológicas, pero no se imaginaban que sus medidas guardaban aún más sorpresas, esta vez de carácter fundamental y filosófico.

Casualmente, en 2005, un importante profesor español y experto en grafito disfrutaba de un año sabático 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 física. 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 partículas muy difíciles de generar y detectar, para cuyo estudio se construyen gigantescos aceleradores de partículas como el LHC de Ginebra. Gracias en gran parte a la visión de Paco, el grafeno nos brinda la posibilidad de acceder a esta física de altos vuelos con pocos medios y desde el modesto laboratorio de una universidad.

Además de las aplicaciones de microelectrónica y pantallas, otras propuestas incluyen paneles solares y supercapacitores (baterías que se recargan al instante). Desde la biotecnología se ha pensado en usarlo para encapsular virus. Son tan solo algunos ejemplos. Lo que está claro es que, en su corta vida, el grafeno ha capturado la imaginación de científicos de todo el mundo. Y promete dar mucho más que hablar.

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