Andre Geim y Konstantin Novoselov, científicos de la Universidad de Manchester (Reino Unido), han sido distinguidos este año con el Premio Nobel de Física "por sus experimentos fundamentales sobre el material bidimensional grafeno ", según ha anunciado hoy el Comité Nobel de la Academia de las Ciencias de Suecia.
Una lámina de carbono, de un átomo de grosor, está detrás del Nobel de Física de este año. Los dos galardonados, Geim (Rusia, 1958) y Novoselov (Rusia, 1974), han demostrado que el carbono en esa configuración plana tiene propiedades extraordinarias originadas en el mundo de la física cuántica. El grafeno es un nuevo material, extremadamente delgado y resistente que, como conductor de la electricidad, se comporta como el cobre, y como conductor de calor, supera a cualquier otro material conocido. Es casi completamente transparente y tan denso que ni siquiera el helio, el átomo de gas más pequeño, puede atravesarlo, explica la Fundación Nobel.
Geim, de nacionalidad holandesa, y Novoselov, británico-ruso, obtuvieron el grafeno a partir del grafito normal, el material de las minas de los lápices, y lograron una lámina de un grosor de solo un átomo. Muchos pensaban entonces que era imposible que un material así fuera estable. Sin embargo, a partir de los trabajos de estos dos científicos, los físicos pueden estudiar ahora una nueva clase de materiales bidimensionales con propiedades únicas.
El grafeno también tiene una amplia variedad de aplicaciones posibles, incluida la fabricación de nuevos materiales y de dispositivos electrónicos avanzados. Los transistores de grafeno pueden ser sustancialmente más rápidos que los actuales de silicio, con lo que se podrán fabricar ordenadores más eficaces. También, como es transparente y un buen conductor, se vislumbran aplicaciones en pantallas de dispositivos electrónicos e incluso paneles solares.
Geim, en una conferencia vía telefónica, ha declarado que no esperaba el premio y que intentará evitar que esta distinción cambie su rutina. "Mi plan para hoy es ir al trabajo y terminar un artículo que tengo pendiente", ha señalado. El Comité Nobel ha informado de que Novoselov, de 36 años, es el físico más joven premiado con un Nobel desde 1973, informa la agencia Reuters.
El Nobel de Física se entrega desde 1901 (excepto en años concretos: 1916, 1931, 1934, 1940, 1941 y 1942) y está dotado con 10 millones de coronas suecas (1,1 millones de euros). Ayer se dio a conocer el de Fisiología y Medicina, que fue para Robert Edwards por el desarrollo de la fertilización in vitro. Seguirán al de Física, el de Química (mañana), Literatura (jueves), de la Paz (viernes) y cerrará la ronda de estos galardones el de Economía, que se fallará el lunes próximo.
Una red de grafeno casi perfecta, de un átomo de grosor formada por átomos de carbono en una configuración hexagonal
Propiedades
Entre las propiedades más destacadas de este material se incluyen:
Alta conductividad térmica y eléctrica.
Alta elasticidad y dureza.
Resistencia (200 veces mayor que la del acero).
El grafeno puede reaccionar químicamente con otras sustancias para formar compuestos con diferentes propiedades, lo que dota a este material de gran potencial de desarrollo.
Soporta la radiación ionizante.
Es muy ligero, como la fibra de carbono, pero más flexible.
Menor efecto Joule, se calienta menos al conducir los electrones.
Consume menos electricidad para una misma tarea que el silicio.
Otras propiedades interesantes desde el punto de vista teórico son las siguientes:
Los electrones que se trasladan sobre el grafeno, se comportan como cuasipartículas sin masa. Los llamados fermiones de Dirac. Dichos fermiones se mueven a una velocidad constante independientemente de su energía (como ocurre con la luz), en este caso a unos 106 m/s. La importancia del grafeno, en este aspecto, consiste en estudiar experimentalmente este comportamiento que había sido predicho teóricamente hace más de 50 años.
El grafeno presenta un efecto llamado efecto Hall cuántico, por el cual la conductividad perpendicular a la corriente toma valores discretos, o cuantizados, permitiendo esto medirla con una precisión increíble. La cuantización implica que la conductividad del grafeno nunca puede ser cero (su valor mínimo depende de la constante de Planck y la carga del electrón).
Debido a las propiedades anteriores, los electrones del grafeno pueden moverse libremente por toda la lámina y no quedarse aislados en zonas de las que no pueden salir (efecto llamado localización de Anderson, y que es un problema para sistemas bidimensionales con impurezas).
Es casi completamente transparente y tan denso que ni siquiera el átomo de helio, cuyos átomos son los más pequeños que existen (sin combinar en estado gaseoso) puede atravesarlo.
La hibridación sp2 es la que mejor explica los ángulos de enlace, a 120º, de la estructura hexagonal. Como cada uno de los carbonos tiene cuatro electrones de valencia en el estado hibridado, tres de esos electrones se alojarán en los híbridos sp2, formando el esqueleto de enlaces covalentes simples de la estructura y el electrón sobrante, se alojará en un orbital atómico de tipo p perpendicular al plano de los híbridos. La solapación lateral de dichos orbitales es lo que daría lugar a la formación de orbitales de tipo π. Algunas de estas combinaciones, entre otras, darían lugar a un gigantesco orbital molecular deslocalizado entre todos los átomos de carbono que constituyen la capa de grafeno.