Premio Fronteras del Conocimiento para los descubridores de los aislantes topológicos

Los físicos Charles Kane y Eugene Mele han recibido este martes el premio Fronteras del Conocimiento en la categoría de las Ciencias Básicas, que otorga la Fundación BBVA, en su undécima edición. El jurado ha galardonado a los dos investigadores de la Universidad de Pensilvania (EE UU) por el descubrimiento en 2005 de los aislantes topológicos, “una nueva clase de materiales con propiedades electrónicas extraordinarias”, que se comportan como conductores en la superficie y aislantes en el interior. El hallazgo ha permitido abrir nuevas vías en distintos campos, como la generación de dispositivos electrónicos eficientes y la ampliación de las perspectivas de desarrollo de los ordenadores cuánticos.

Kane (Urbana, Illinois, 1963) y Mele (FIladelfia, Pensilvania, 1950) llevan más de dos décadas trabajando juntos. A partir de la observación del grafeno, un material que, según explicó el segundo, estaba “en un punto crítico” entre el estado de aislante y el de conductor, los dos físicos pusieron en discusión la convicción de que en la naturaleza existieran solo estas dos condiciones. Y a mediados de los años 2000, sorprendieron al mundo con un artículo en el que predecían la existencia de los aislantes topológicos, confirmada poco tiempo después por la vía experimental.

“La materia está hecha de bloques de partículas básicas como electrones y protones, y está gobernada por reglas muy sencillas, las de la mecánica cuántica”, afirmó Kane en un vídeo grabado tras la asignación del premio. “Cuando hay una gran cantidad de estas partículas, puede haber fenómenos que nunca se podría haber esperado que surgieran”, continuó. Por esa razón, el descubrimiento de los aislantes topológicos permitió sacar a la luz “una nueva clase de fenómenos emergentes que pueden gobernar la manera en la que la materia conduce electricidad”, según este físico, que se doctoró en el Instituto Tecnológico de Massachusetts.

El jurado encargado de asignar el galardón en la categoría de las Ciencias Básicas (que comprende las áreas de la física, la química y las matemáticas), presidido por el premio Nobel de Física Theodor Hänsch, destaca en su acta que el hallazgo demuestra “la existencia de nuevas formas de manipular las propiedades de la materia”. Esto se debe a que los aislantes topológicos tienen unas características especiales.

Entre ellas, está el hecho de que la conductividad de su superficie es robusta, es decir, no se ve afectada por las impurezas y perturbaciones existentes en los conductores convencionales, ha mantenido Ignacio Cirac, físico y secretario del jurado, durante el acto de este martes en el que se anunciaron los ganadores. Otra, según agrega Kane, es que se pueden deformar sin perder conductividad.

Las propiedades de los aislantes topológicos y el hecho de que existen en la naturaleza distintos materiales tridimensionales con esas cualidades (tal y como se ha demostrado en la última década), abren las puertas a una amplia variedad de aplicaciones. En otro vídeo, Mele explicó que, por ejemplo, pueden ser incorporados en los dispositivos electrónicos para que sean más “rápidos y eficientes”. Este tipo de uso, opinó, es lo que permite unir “aspectos científicos basados en ideas fundamentales y geométricas y la posibilidad de tener aplicaciones reales que involucran estos conceptos”.

Aplicaciones

Pero lo más “interesante” e “impactante”, prosiguió el investigador, todavía tiene que llegar. “Con esta nueva clase de materiales puede haber aplicaciones nuevas, imposibles de imaginar con los materiales utilizados hoy en día”, aseguró. Su compañero —con el que ha publicado 28 artículos científicos— ha agregado este martes en conexión por Skype que esta área de la física está en pleno desarrollo. “En los últimos 15 años muchas personas han estado trabajando en este campo. Se han realizado estudios sobre materiales reales, ha habido experimentos fundamentales y respuestas muy importantes”, ha explicado.

Una de las perspectivas más anheladas por la comunidad científica especializada en física es desarrollar ordenadores basados en la computación cuántica. Según Kane, aprovechar los aislantes topológicos es una de las vías posibles para poder superar este reto. “No sé si nuestra generación llegará a verlo, pero podríamos estar sorprendidos”, ha mantenido. En su opinión, se trata de un desafío que implica contestar a muchas preguntas científicas intermedias. “Estamos al alba de un camino que no sabemos dónde nos va a llevar”, ha subrayado.