El grafeno, material bidimensional

El Nobel ganado en 2010 por dos científicos de la Universidad de Manchester, Andrei Geim y Konstantin Novosiólov, reconocía el valor del “descubrimiento del carbono en capas monoatómicas, denominado grafeno, y de sus asombrosas propiedades”, según rezaba a su vez el discurso de concesión de la Medalla de la Royal Society británica, entregada igualmente en 2010 a estos mismos investigadores. Hasta aquí, todo normal: dos científicos excelentes, aunque desconocidos –como casi siempre- por el gran público, reciben premios, entre ellos el más importante del mundo, por unas investigaciones… que nadie entiende. ¿Material bidimensional, capas monoatómicas, grafeno?

Una capa monoatómica significa que se trata de una superficie extremadamente delgada, una finísima hoja cuyo espesor sería de un solo átomo, es decir, 0.00000000001 metros o bien 0.0000001 milímetros. Lo que significa que para alcanzar el grosor de un milímetro habría que apilar ¡10 millones de esas finísimas capas! Pues bien, ése es el famoso grafeno descubierto por Geim y Novosiólov, un material en el que los átomos de carbono están ordenados en forma de hexágonos planos de un solo átomo de espesor. Tan fina que parece que solo existen las dos dimensiones de un plano, longitud y anchura, puesto que la tercera, la altura, es tan pequeña que parece como si no existiera. De ahí lo de material bidimensional.

El grafeno así obtenido posee unas características absolutamente fantásticas: además de su extremada delgadez, lo que le hace ser transparente como el vidrio y al tiempo muy maleable, capaz de ser enrollado sobre sí mismo para formar tubos o adoptar cualquier forma, el grafeno es el mejor conductor del calor que se conoce y también un excelente conductor de la electricidad –mejor que el cobre más puro-. Y, además, es un material tan duro como el diamante que, recordémoslo, también es carbono cristalizado, pero no de forma plana sino en tres dimensiones.

A nadie se le ocultan las perspectivas industriales de un material semejante… De ahí el Nobel, a pesar de la juventud de ambos científicos. Geim lo recibió cuando tenía 52 años. Novosiólov sólo 36.

Andrei Konstantin Geim nació en Sochi, ciudad rusa en la costa del Mar Negro, en 1958. Muy poco después su familia se mudó a otra población no lejana, Nalchik, donde sus padres –judíos germano-rusos exilados- sabían que había un instituto inglés cuyo sistema educativo era el que deseaban para su hijo. Con todo, éste se licenció en Moscú y luego se doctoró en el Instituto de Física del estado Sólido de la Academia de Ciencias rusa, a los 29 años.

Un poco cansado de la dureza y la rigidez del sistema de ciencia soviético, consiguió becas postdoctorales sucesivas en Inglaterra y Dinamarca. Le encantó la libertad de acción de la investigación occidental, y al final aceptó en 1994 un puesto fijo de profesor-investigador en la Universidad de Nimega, en los Países Bajos. Allí fue donde tuvo como discípulo, por cierto muy aventajado, a un joven estudiante posdoctoral, Konstantin Serguéievich Novosiólov, también nacido en Rusia, en Nizhny Tagil, capital de los Urales centrales. Ambos trabajaron en superconductividad y nuevos materiales. Geim optó por quedarse en occidente y se nacionalizó en los Países Bajos.

Los dos científicos se entendían perfectamente, pero Geim, espíritu inquieto y divergente donde los haya, acabó disgustado con la rigidez académica holandesa, que le recordaba la de su país natal, y recordando la libertad de acción del sistema investigador británico acabó consiguiendo un puesto como responsable del Centro de Mesociencia y Nanotecnología de la Universidad de Manchester. Allí se mudó en 2001 y poco después su discípulo siguió sus pasos. Fue entonces cuando comenzaron a trabajar con el grafeno, que obtenían a partir de la mina de grafito de un lápiz, a la que adherían una especie de cinta adhesiva similar a la existente en todas las oficinas. Publicaron diversos trabajos cuya originalidad no pasó desapercibida para la comunidad científica; tanto que a pesar de lo reciente de sus descubrimientos, todo el mundo pronosticaba un Nobel para ellos. Como así fue.

Geim, siempre inconformista, regresó después del Nobel a Nimega como Director del Departamento de Materiales Innovadores y Nanociencia, y allí sigue ahora dando rienda suelta a su creatividad. Por su parte, Novosiólov se ha quedado en Manchester, donde sigue investigando. Ambos han adquirido la nacionalidad británica y poseen el título nobiliario de Sir.

Lo anecdótico del caso es que Geim había ganado en el año 2000 el premio Ig-Nobel de Física (que suena como “innoble”, en inglés), con el que la revista Anales del a Investigación Improbable parodia los Nobel de verdad, premiando investigaciones “que hacen reír y luego hacen pensar”. Geim lo ganó junto a un distinguido investigador británico de la Universidad de Bristol, sir Michael Berry, por explicar cómo se puede hacer levitar una rana mediante campos magnéticos. Estos premios Ig-Nobel los entregan auténticos premios Nobel en una jocosa ceremonia que tiene lugar en la Universidad americana de Harvard, y no siempre son recogidos por los científicos “galardonados”; no todos tienen sentido del humor… No fue el caso de Geim, que en su discurso aludió a la importancia de las investigaciones insólitas porque… llevaban a premios como aquél.

En todo caso, el grafeno tiene por delante una vida llena de posibilidades, no todas imaginable en el estado actual de la tecnología: nanotubos de carbono, superconductores que pueden revolucionar el mundo electrónico en prácticamente todas sus facetas, amén de mil y una aplicaciones de un material finísimo pero muy duro y al tiempo ultraflexible, conductor del calor y la electricidad, transparente… Al parecer, ya se están diseñando pantallas de ordenador, de televisión, de teléfonos móviles que se pueden enrollar como el más fino papel de seda. O placas solares que podrían envolver, como la tela más suave, cualquier vehículo con la máxima eficacia. Incluso es probable que la microelectrónica del día de mañana pueda prescindir del silicio y utilizar grafeno, mucho más ventajoso y sencillo de obtener. Y, con visión algo más futurista, nada impide pensar en trenes de levitación magnética o en sistemas electrotécnicos o electroópticos de cualquier tipo, en los que el cobre y otros materiales tan costosos como no renovables fueran sustituidos por el grafeno, que quizá pueda obtenerse… de la mina de un simple lápiz.