“Los materiales topológicos permitirán resolver ecuaciones imposibles”

Gran parte de la historia del progreso tecnológico es la historia del dominio de los materiales. Los primeros humanos que tallaron hachas en sílex, los que crearon hornos para fundir metales o los que empezaron a utilizar el silicio, el mismo material de las herramientas prehistóricas, para crear circuitos integrados. Cada paso hizo necesario un conocimiento más profundo de la materia y durante el siglo XX las revelaciones sobre el misterioso mundo cuántico abrieron una nueva vía por la que seguir avanzando.

Claudia Felser (Aquisgrán, Alemania, 1962) es directora del instituto Max Planck para la Química Física del Estado Sólido en Dresden, Alemania. En ese centro investigan en la frontera entre la química y la física en busca de materiales con propiedades interesantes para generar y almacenar energía o construir los ordenadores del futuro. Felser está interesada por el funcionamiento de los materiales topológicos, merecedores del Premio Nobel de Física en 2016. Recientemente, participó en la Escuela Internacional de Verano Nicolás Cabrera, celebrada en la localidad madrileña de Miraflores de la Sierra y organizada por el Instituto Universitario de Ciencia de Materiales Nicolás Cabrera y la Fundación BBVA.

Pregunta. ¿En qué áreas pueden tener un mayor impacto estos materiales topológicos?

Tendremos ordenadores cuánticos en 20 o 30 años

Respuesta. En particular, serán importantes en la electrónica, en la próxima generación de ordenadores y de todo tipo de dispositivos, pero también tendrán impacto en catálisis para crear nuevos compuestos orgánicos y fármacos.

P. ¿Ya hay aplicaciones prácticas del entendimiento teórico de los materiales topológicos?

R. Están en camino. En espintrónica, el ‘efectgo pinhole’, que está relacionado con la topología, ya se usa en demostradores, y la próxima generación de memorias MRAM ya aplicará conceptos de topología, quizá en cuestión de entre dos y cinco años. Cada vez hay más aplicaciones.

Los nuevos materiales mejorarán la eficiencia de los grandes centros de computación o la industri química

P. ¿Por qué son tan interesantes estos materiales?

Se pueden utilizar nuevos materiales para separar el agua en oxígeno e hidrógeno y utilizar el hidrógeno como combustible para el coche

R. Los materiales topológicos tienen algunas propiedades electrónicas que están muy protegidas. Si coges un martillo e intentas destruir esas propiedades topológicas, no puedes, porque es una propiedad intrínseca del material. Esto es lo que nos gusta de estos materiales. Con ellos podremos hacer ordenadores más rápidos, pero también se pueden mejorar los procesos de catálisis, para producir fármacos, por ejemplo. En muchos procesos catalíticos la superficie es muy importante. Si en una superficie tienes un estado electrónico muy especial que está protegido y no puedes destruir, puede ser interesante. Y también puedes producir ordenadores completamente nuevos basados en mecánica cuántica, que es algo que puede llegar en 20 años. Ordenadores más eficientes energéticamente, pero también con conceptos de computación totalmente distintos.

P. Desde el punto de vista de la energía, ¿cuál es la magnitud de la mejora, es algo que tendría impacto en cambio climático por ejemplo?

R. Los ordenadores ya emplean un montón de energía. Hoy no vemos los ordenadores, todo está en la nube. Pero hay grandes centros de computación que necesitan cantidades ingentes de energía. Este es un reto, hacer que el almacenamiento de datos sea más eficiente energéticamente. También si puedes mejorar la catálisis, puedes mejorar la eficiencia energética porque la catálisis consume energía. También se pueden utilizar nuevos materiales para separar el agua en oxígeno e hidrógeno y utilizar el hidrógeno como combustible para el coche.

P. ¿Los límites para los nuevos materiales suelen ser que son escasos o difíciles de encontrar o que no se tiene una comprensión teórica 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 fácil conseguir un suministro continuo. Lo que es muy especial con los materiales topológicos, es que primero llegó la teoría y después podemos diseñar materiales muy interesantes en un ordenador. Primero se buscan materiales con una estructura electrónica particular para una aplicación 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, así que si podemos sustituirlo por otro material con buenas propiedades será algo muy útil.

P. ¿Qué podrían hacer las computadoras construidas con materiales topológicos que un ordenador actual no podría?

R. Microsoft ha invertido mucho dinero es tener una computadora cuántica basada en topología. En computación cuántica, siempre era un problema generar un estado cuántico, porque para eso necesitas separarlo de su entorno, y debería estar protegido. Esa es una cualidad intrínseca de los materiales topológicos. Podrás hacer un nuevo tipo de ordenadores con los que resolver nuevas ecuaciones, que ahora son imposibles.

P. ¿Cuántos años pueden faltar para que tengamos un ordenador de este tipo?

R. Diría que en 20 o 30 años. Ahora se pueden hacer pequeñas operaciones con unos pocos bits. Es una prueba de que funciona. Después, 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 tecnología y después se tratará de miniaturizar.