El físico español, candidato al Nobel, reflexiona sobre el enorme impacto científico del grafeno y sobre la dificultad de utilizarlo en productos comerciales, Pablo Jarillo-Herrero, descubridor del ángulo mágico del grafeno.

Cuando vi que el grafeno era superconductor, por poco me da un infarto”, recuerda Pablo Jarillo-Herrero, físico español del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT). “La teoría decía que, si ponemos dos capas de grafeno una sobre otra, y las rotamos con el ángulo adecuado, la velocidad de los electrones debe ir a cero”, lo que hacía pensar que el grafeno debía ser aislante. “Pero descubrimos algo que nadie había pensado que pudiera ocurrir. Según cómo añadíamos los electrones, podía ser aislante o superconductor”, que es justo lo contrario.

“Fue el primero de una familia de materiales bidimensionales que tienen propiedades extraordinarias”

Por aquella investigación que demostró la existencia del llamado ángulo mágico del grafeno, publicada en 2018, Jarillo-Herrero recibió el premio Wolf de Física, considerado la antesala del Nobel porque alrededor del 40% de sus ganadores reciben después el premio de la Academia Sueca. Jarillo-Herrero conversa con La Vanguardia durante una reciente visita al Institut de Ciències Fotòniques (ICFO), institución con la que colabora en investigaciones sobre grafeno y donde tiene una posición de profesor distinguido visitante.

Cuando se descubrió el grafeno hace veinte años, se presentó como un material maravilloso que se incorporaría a todo tipo de productos. ¿Por qué no se han cumplido las expectativas?

Creo que hay dos razones. Una es que al principio las expectativas se inflaron desmesuradamente. El grafeno es un material extraordinario que ha cambiado la física, esto nadie lo discute. Pero es tan diferente de todos los anteriores que es muy difícil trabajar con él y encontrarle aplicaciones.

¿La otra razón?

Hoy en día somos un poco impacientes. Desde que se fabricó el primer transistor en los años 40 hasta que fue habitual tener ordenadores en casa pasaron 40 años. Veinte años para el grafeno tampoco es tanto, teniendo en cuenta que nunca antes había habido un material con un solo átomo de grosor. Es muy diferente de cualquier otro material con que los ingenieros trabajan.

“Al principio las expectativas sobre el grafeno se inflaron desmesuradamente; es muy difícil trabajar con él”

¿Desde cuándo se dedica usted al grafeno?

Cuando terminé mi tesis en 2005, fui a Manchester a visitar a Andre Geim y Konstantin Novoselov, que habían aislado el grafeno el año anterior, para aprender cómo obtenerlo. Después fui a Nueva York a investigar en grafeno como postdoc en el grupo de Philip Kim. Y después creé mi propio grupo de investigación en el MIT.

¿En aquel momento ya le parecía que las expectativas no eran realistas?

Mucha gente exageraba. Por ejemplo, cuando se decía que el grafeno sustituiría al silicio en la electrónica. Los físicos y los ingenieros sabíamos que hay una diferencia fundamental, y es que el silicio es semiconductor y el grafeno de entrada no lo es. Pero si creas una startup y buscas financiación, ¿puedes proponer que el grafeno se podrá manipular para hacerlo semiconductor y sustituir al silicio? Claro que lo puedes proponer, porque no viola las leyes de la física. ¿Puedes garantizar que lo harás en poco tiempo? Eso ya no. Pero normalmente las startups se concentran en lo que es posible, no en los obstáculos.

¿El grafeno ha sido más importante como avance científico que tecnológico?

Antes del grafeno, había un teorema matemático que decía que los materiales bidimensionales no podían existir. Geim y Novoselov desafiaron lo aceptado y demostraron que sí pueden existir. El grafeno fue el primero de una amplia familia de materiales bidimensionales que tienen propiedades extraordinarias y diferentes a las de los materiales tridimensionales convencionales. Por eso recibieron el Nobel, porque inauguraron todo un nuevo campo de la física de la materia condensada y la ingeniería de materiales. Hoy en día hay una inmensa comunidad científica de químicos, físicos e ingenieros investigando estos materiales.

¿En qué productos se encuentra grafeno hoy en día?

A nivel de prototipo, hay muchos productos en que se empieza a poner grafeno. Por ejemplo, en baterías, poner grafeno en lugar de grafito puede reducir el tiempo de carga. El problema es cómo conseguir una cantidad suficiente de grafeno con un coste asequible. Por eso a nivel de comercialización aún está en muy pocos productos.

¿En raquetas de tenis como las de Djokovic?

Dicen que juega con raquetas con grafeno, pero no sé si es muy determinante. Seguramente gana más porque es Djokovic que porque tenga grafeno en la raqueta.

Entonces, ¿las raquetas de grafeno son un engaño?

El grafeno es muy fuerte, muy flexible y muy ligero, así que en teoría puede ser útil para productos como raquetas, bates de béisbol o bicicletas. La cuestión es cuánto grafeno se les puede poner, cuánto mejora las prestaciones y cuánto aumenta el precio.

¿Por qué cuesta tanto conseguir grafeno en cantidad suficiente?

Porque, como tiene un solo átomo de grosor, no es fácil transferirlo desde el sustrato en que crece hasta el producto en que se quiere poner. Imagine que tiene que llevar un papel film de plástico de una superficie a otra sin que aparezca ni una sola arruga. Pues el grafeno es un millón de veces más fino y, si aparecen defectos, se deterioran sus propiedades.

Si los primeros veinte años del grafeno han sido los del despegue científico, ¿cómo ve los próximos veinte?

Nos hemos dado cuenta de algo extraordinario y es que, si ponemos capas de grafeno unas sobre otras, sus propiedades cambian, a veces de manera dramática. Las propiedades cambian según el número de capas, que tienen que estar rotadas en un ángulo preciso unas respecto a otras. Estamos creando estructuras helicoidales e investigando sus posibilidades. Es un nuevo campo de investigación que llamamos twistrónica [del inglés twist , que significa girar].

¿Qué propiedades aparecen?

Vemos que todas las propiedades que buscamos se pueden obtener solo con grafeno. Conductividad, aislamiento, magnetismo, ferroelectricidad… Las podemos conseguir todas jugando solo con el número de capas, el ángulo entre ellas, la densidad de electrones y el sustrato sobre el que las ponemos. Potencialmente no necesitaríamos ningún otro material. Ya no necesitaríamos metales raros. Todo lo podríamos hacer con carbono [el elemento de que está hecho el grafeno] que, si hiciera falta, podríamos extraer de la atmósfera.

¿Teme que las expectativas se vuelvan a hinchar en exceso?

Las aplicaciones de la twistrónica tardarán un tiempo en llegar. Si es difícil transportar una sola capa de papel film sin arrugas, imagine tener que transportar varias capas unas sobre otras. Estamos empezando y aprendiendo sobre la marcha. Para los próximos años estamos más cerca de ver aplicaciones del grafeno en monocapa.

¿Cuáles espera ver?

Una aplicación prometedora son cámaras de detección de infrarrojos, que es algo para lo que el grafeno puede ser más adecuado que el silicio. También es concebible que, en los próximos diez a veinte años, se sustituyan las conexiones de cobre por grafeno en dispositivos de nanoelectrónica, porque el grafeno es mejor conductor cuando se reducen mucho las dimensiones. Y como es un material con propiedades nuevas, es esperable que se desarrollen aplicaciones completamente nuevas en las que todavía no ha pensado nadie. Va a requerir mucho esfuerzo y mucha creatividad.

Via: https://www.lavanguardia.com/vida/20250713/10879896/grafeno-cambiado-fisica-aplicaciones-tarden-llegar.html