El nobel del grafeno

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Los científicos Andre Geim, ruso de nacimiento y holandés de adopción y su discípulo Konstantin Novoselóv, de doble nacionalidad, rusa y británica, han obtenido este año el Premio Nobel de Física por los “experimentos realizados con el material bidimensional grafeno”. Los científicos Andre Geim, ruso de nacimiento y holandés de adopción y su discípulo Konstantin Novoselóv, de doble nacionalidad, rusa y británica, han obtenido este año el Premio Nobel de Física por los “experimentos realizados con el material bidimensional grafeno”.

El carbono es un elemento químico que resulta fundamental en Biología y Medicina, así como también en la producción de energía. En los años 70 del siglo pasado se estudiaron polímeros como el poliacetileno, que puede considerarse como una cadena muy larga de átomos de carbono con algunos enlaces saturados con hidrógeno. En los años 80, se descubrió en el espacio interestelar, el fullereno, que es una molécula de 60 átomos de carbono. A principios del presente siglo, se demostró que podían aislarse y manipularse láminas de grafito con un espesor de un solo átomo. Esto es, precisamente, el grafeno. En el año 2005, investigadores de la Universidad de Manchester, demostraron que las láminas de grafeno se podía obtener de una forma sencilla. Resulta que el grafeno es el material más bidimensional que puede imaginarse. Al tiempo, se puede variar el número de electrones en su interior. Conductores de espesor reducido constituyen la base de los circuitos electrónicos, que hacen funcionar muchos de los dispositivos que utilizamos en la vida de todos los días. El grafeno es un material fuera de lo común. Sus propiedades electrónicas lo sitúan a caballo entre los metales y los semiconductores.

El grafeno se obtiene exfoliando el grafito, que es el material del que están hechas las minas de los lápices, con cinta adhesiva. El grafito es una variedad de carbono cristalizado en laminillas hexagonales, negras, de brillo metálico, muy blandas, untuosas al tacto y que tiznan los dedos. El grafito es la forma estable del carbono y, fuera del aire, resiste multitud de temperaturas sin modificarse. Sus mejores yacimientos son los de Cumberland (Escocia), Urales, Sur de Siberia, Ceylán, Madagascar y Estados Unidos.

El grafeno no es un metal, ni un aislante. Los electrones dentro del grafeno interaccionan de manera parecida a como lo hacen los electrones de la Física de altas energías. Si bien los electrones del grafeno poseen propiedades parecidas a las de los electrones de altas energías en el vacío, su velocidad es

menor que la velocidad de la luz. Un tratamiento del efecto de las interacciones en el grafeno requiere los mismos conceptos que se utilizan en la teoría cuántica de partículas cargadas.

Los investigadores trabajan en separar las propiedades intrínsecas del grafeno de las inducidas por el medio. Así se ha pasado de las escasas muestras iniciales de dimensiones de milésimas de milímetros a capas de centímetros. La movilidad de los portadores de corriente ha aumentado en más de dos órdenes de magnitud. Para lo que se han aplicado técnicas de expulsión de contaminantes de las muestras. En octubre del año pasado se publicó que el grafeno presentaba uno de los estados más exóticos de la materia, que es el efecto Hall cuántico fraccional.

El estudio de las propiedades exóticas del grafeno ha puesto de manifiesto interesantes relaciones entre los modelos usados en ciencia de materiales y en Física teórica.

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