Como escribí aquí, el Premio Nobel de física de este año se otorgó a Geim y Novoselov por el descubrimiento del grafeno. ¿Qué es lo que hace al grafeno tán especial que se merece esta distinción?
El grafeno es una forma cristalina del carbono y uno de los pocos materiales que es bidimensional. Eso quiere decir que es muy fino y que está formado por sólamente un plano de átomos. Parecido a una hoja de papel, se extiende más en el espacio en dos dimensiones que en la tercera dimensión. La existencia de un material bidimensional por si sólo ya fue una noticia recibida con asombro en el mundo científico cuando se creó el grafeno por primera vez en 2004. Esto se debe al hecho de que se había demostrado teoricamente que no debía existir un material bidimensional. Debido a fluctuaciones en su estructura cristalina, resultando en la rúptura de la estructura 2D, cualquier material tan fino debería romperse. Pero para gran sorpresa de todos si resultó estable el grafeno cuando se logró su síntesis. Ya por eso es un material muy curioso, aunque en un principio el interés era más bien académico.
A pesar de su filigrana apariencia - el grafeno es tan fino que apenas absorbe luz y resulta casi transparente - es muy robusto. Es muy dificil romperlo y es 200 veces más fuerte que el acero.
Otra característica del grafeno es que es un buen conductor electrónico. Esto se debe a la organización de electrones en los enlaces químicos que forman los átomos de carbono en el plano. El carbono tiene cuatro electrones que pueden participar en la formación de estos enlaces, pero un átomo de carbono en el grafeno sólamente tiene tres vecinos. Los tres enlaces entre un átomo de carbono y sus vecinos se llaman enlaces σ (sigma) y son muy estables. Pero ya que sólo hay tres vecinos, sólo tres electrones de cada átomo estan fijados a un enlace σ. El cuarto electrón forma un enlace llamado π (pi), pero no sabe muy bien con cual de los tres vecinos. El electrón no se encuentra ni localizado ni fijado a ningún átomo. Son estos electrones en los enlaces π los responsable de la conductividad electrónica del grafeno. Igual que los electrones libres en un metal se mueven sin dificultad y representan los portadores de carga en la conducción electrónica, los electrones π en el grafeno se desplazan facilmente, contribuyendo así a la conducción. Por otra parte, este complejo comportamiento de los electrones en los enlaces σ y π son responsables de la naturaleza plana del grafeno y de su aspecto de panal de miel.
El grafeno cuenta además con una amplia variedad de características excepcionales como una alta conductividad térmica y una multitud de efectos cuánticos interesantes.
¿Tiene aplicaciones prácticas el grafeno? Tal vez en microelectrónica y en microprocesadores como transistores o circuitos integrados, aunque para que esto encuentre camino en la vida cotidiana aún tiene que pasar bastante tiempo. Otra posibilidad es mezclar polvo de grafeno con un plástico corriente. Con poca cantidad de grafeno el plástico aislante se puede transformar en conductor. Y gracias a su transparencia se puede usar como electrodo transparente. Probablemente veremos muchas aplicaciones del grafeno, y ya por eso se merece el Premio Nobel.
Para mi lo más curioso es cómo se logra fabricar el grafeno. No es un método químico muy elaborado, ni se necesitan instrumentos grandes y costosos. En el 2004, Geim y Novoselov usaron cinta adhesiva para pelar láminas de un cristal de grafito. Pegar estas láminas en una superficie de óxido de silicio resulta eventualmente en una lámina de grafeno encima de silicio. Fácil, ¿no?
El grafeno es una forma cristalina del carbono y uno de los pocos materiales que es bidimensional. Eso quiere decir que es muy fino y que está formado por sólamente un plano de átomos. Parecido a una hoja de papel, se extiende más en el espacio en dos dimensiones que en la tercera dimensión. La existencia de un material bidimensional por si sólo ya fue una noticia recibida con asombro en el mundo científico cuando se creó el grafeno por primera vez en 2004. Esto se debe al hecho de que se había demostrado teoricamente que no debía existir un material bidimensional. Debido a fluctuaciones en su estructura cristalina, resultando en la rúptura de la estructura 2D, cualquier material tan fino debería romperse. Pero para gran sorpresa de todos si resultó estable el grafeno cuando se logró su síntesis. Ya por eso es un material muy curioso, aunque en un principio el interés era más bien académico.
A pesar de su filigrana apariencia - el grafeno es tan fino que apenas absorbe luz y resulta casi transparente - es muy robusto. Es muy dificil romperlo y es 200 veces más fuerte que el acero.
Otra característica del grafeno es que es un buen conductor electrónico. Esto se debe a la organización de electrones en los enlaces químicos que forman los átomos de carbono en el plano. El carbono tiene cuatro electrones que pueden participar en la formación de estos enlaces, pero un átomo de carbono en el grafeno sólamente tiene tres vecinos. Los tres enlaces entre un átomo de carbono y sus vecinos se llaman enlaces σ (sigma) y son muy estables. Pero ya que sólo hay tres vecinos, sólo tres electrones de cada átomo estan fijados a un enlace σ. El cuarto electrón forma un enlace llamado π (pi), pero no sabe muy bien con cual de los tres vecinos. El electrón no se encuentra ni localizado ni fijado a ningún átomo. Son estos electrones en los enlaces π los responsable de la conductividad electrónica del grafeno. Igual que los electrones libres en un metal se mueven sin dificultad y representan los portadores de carga en la conducción electrónica, los electrones π en el grafeno se desplazan facilmente, contribuyendo así a la conducción. Por otra parte, este complejo comportamiento de los electrones en los enlaces σ y π son responsables de la naturaleza plana del grafeno y de su aspecto de panal de miel.
El grafeno cuenta además con una amplia variedad de características excepcionales como una alta conductividad térmica y una multitud de efectos cuánticos interesantes.
¿Tiene aplicaciones prácticas el grafeno? Tal vez en microelectrónica y en microprocesadores como transistores o circuitos integrados, aunque para que esto encuentre camino en la vida cotidiana aún tiene que pasar bastante tiempo. Otra posibilidad es mezclar polvo de grafeno con un plástico corriente. Con poca cantidad de grafeno el plástico aislante se puede transformar en conductor. Y gracias a su transparencia se puede usar como electrodo transparente. Probablemente veremos muchas aplicaciones del grafeno, y ya por eso se merece el Premio Nobel.
Para mi lo más curioso es cómo se logra fabricar el grafeno. No es un método químico muy elaborado, ni se necesitan instrumentos grandes y costosos. En el 2004, Geim y Novoselov usaron cinta adhesiva para pelar láminas de un cristal de grafito. Pegar estas láminas en una superficie de óxido de silicio resulta eventualmente en una lámina de grafeno encima de silicio. Fácil, ¿no?
Para los que buscan información más detallada sobre el grafeno, aquí hay dos textos de Andre Geim y Konstantin Novoselov (de acceso gratuito):
The Rise of Graphen: http://arxiv.org/abs/cond-mat/0702595
Graphene: Status and Prospects: http://arxiv.org/abs/0906.3799
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