En 2010, dos físicos emigrados rusos de la Universidad de Manchester, en el Reino Unido, compartieron el Premio Nobel de Física por su trabajo sobre un nuevo «material prodigioso»: el grafeno. Kostya Novoselov y Andre Geim descubrieron esta lámina plana de carbono de apenas un átomo de espesor experimentando con la vieja cinta adhesiva de siempre.
El grafeno es muy conductor, transparente y, además, el material más resistente que conoce la ciencia; algún día podría revolucionar la electrónica. El profesor Novoselov nos habla de las posibilidades de este material 2D y de cómo podría transformar la industria. Esta es una transcripción editada.
¿Qué significa el grafeno para el futuro de la informática?
Es seguro que se utilizará silicio para los transistores —dispositivos semiconductores que son los componentes básicos de los ordenadores modernos — durante al menos los próximos cinco a diez años. Pero ya se están considerando posibles materiales y tecnologías alternativas para sustituir el silicio cuando deje de ser capaz de responder a las necesidades de transistores cada vez más pequeños. Un transistor de grafeno es una de las alternativas. También estoy investigando otros materiales 2D de un átomo de espesor, obtenidos poco después del grafeno, y heteroestructuras basadas en esos cristales 2D. Potencialmente, pueden ofrecer una alternativa a las tecnologías de silicio, pero aquí hablamos de una arquitectura completamente nueva, no solo de introducir un material nuevo en el sistema. Es difícil predecir cómo evolucionará, porque introducir un material nuevo en un proceso ya es un paso bastante complicado, y cambiar toda la arquitectura requiere años de investigación. Por eso la investigación debe empezar ahora si queremos lograr algo así dentro de 10 años.
¿Cómo cree que podrían ser los ordenadores del futuro?
Los ordenadores son mucho más que una pantalla, una interfaz y un programa: se basan principalmente en la potencia de cálculo y los microprocesadores, también conocidos como unidad central de procesamiento (CPU) o el «cerebro» de un ordenador. En el futuro, probablemente ampliaremos los cálculos en paralelo, utilizando microprocesadores con más núcleos, de modo que varias CPU trabajen juntas en el mismo chip y permitan al ordenador realizar muchas más tareas con un rendimiento general del sistema mucho mayor. Al mismo tiempo, empezarán a aparecer ordenadores más especializados, porque su coste ya no será tan prohibitivo.
¿Cree que en el futuro seguiremos pensando en entidades separadas llamadas ordenadores?
Los microprocesadores seguirán existiendo. No desaparecerán. Cuánto pueden paralelizarse los cálculos y cuántos ordenadores se conectarán en una gran red, en una nube, es otra cuestión. Con los avances en telecomunicaciones y el aumento constante de la velocidad, resulta mucho más fácil conectar muchos ordenadores en una gran red. Sin duda, veremos cada vez más de eso. Ya está ocurriendo: muchos de nuestros datos no se almacenan en nuestro ordenador de sobremesa, sino en la nube, y los cálculos en la nube serán cada vez más populares. Pero la base seguirá siendo el microprocesador, la electrónica y la arquitectura actual.
¿Para qué más se puede utilizar el grafeno?
Es un material muy resistente y también muy conductor, así que se intenta utilizar en materiales compuestos, como refuerzo mecánico o para mejorar la conductividad. Una aplicación especialmente interesante se encuentra en la biotecnología, las ciencias de la vida y la medicina, donde puede usarse el grafeno como sensor: muchas propiedades están interrelacionadas y modifican el entorno químico, lo que genera de inmediato una señal electrónica. Algo que me interesa mucho es utilizar el grafeno como membrana 2D. Con el grafeno tenemos en nuestras manos el tejido más delgado posible y, al mismo tiempo, completamente impermeable a cualquier molécula. En principio, podemos diseñarlo para que sea permeable a algunas moléculas y utilizarlo como membrana biológica.
¿Cuánto tardará el grafeno en llegar de verdad a la industria y al uso comercial?
Su incorporación a nuestra vida cotidiana será gradual. Un buen ejemplo son las fibras de carbono. Solo hace unos años empezamos a ver aviones en los que se utilizan fibras de carbono. Pero hace 20 años se usaban principalmente como refuerzo mecánico en coches deportivos y algunos artículos deportivos. Así que nunca se trata de un cambio abrupto, sino de una incorporación gradual: primero en mercados de nicho y luego en aplicaciones de escala cada vez mayor. Y eso es exactamente lo que ya vemos con el grafeno: algunas aplicaciones táctiles, aplicaciones de conductividad térmica, refuerzo mecánico, pinturas conductoras, etcétera; la variedad de esos productos aumentará año tras año. A medida que avancemos, aprenderemos cada vez más sobre el material y su producción, por lo que el coste de producción bajará y la calidad mejorará. Y pronto será un material bastante ubicuo.
¿Puede el grafeno dar lugar a tecnologías completamente nuevas, algo con lo que ahora solo podemos soñar?
Una de las áreas en las que trabajo son los «materiales a demanda». Tenemos una biblioteca de distintos materiales 2D: cristales de apenas un átomo de espesor. Todos tienen propiedades muy diferentes: algunos son metálicos, otros aislantes, algunos son semiconductores, algunos transparentes, otros opacos, etcétera. Esta biblioteca puede ayudar a diseñar nuevos materiales 3D, simplemente apilando láminas 2D capa por capa, no como pretendía la naturaleza, sino combinando distintos materiales en una pila diferente y codificando así funcionalidades a medida que la construimos. Los llamo «materiales a demanda» porque, según la aplicación y lo que se quiera lograr, se puede diseñar la pila de acuerdo con las propias necesidades. Nunca antes habíamos tenido esta oportunidad: normalmente estamos limitados a un solo material, pero aquí podemos diseñar desde cero nuevos materiales multifuncionales.
¿Cómo transformarán la industria este y otros avances recientes en la ciencia de los materiales?
Trasladaremos la funcionalidad del nivel estructural al nivel del material. En lugar de decir que tomamos silicio y lo reestructuramos en transistores para realizar ciertas funciones, ahora decimos: «Dígannos qué funciones debe cumplir y diseñaremos un material que las tenga». Es un paradigma completamente nuevo: trasladamos la funcionalidad del nivel estructural al nivel del material. Y, en general, la esperanza es que sea un material multifuncional; así, dentro de unas pocas capas de átomos podremos codificar el circuito lógico, la unidad de potencia, etcétera. Tendríamos un material flexible, transparente o semitransparente y multifuncional, con funciones codificadas en su estructura.
Entrevista de Katia Moskvitch para el Foro Económico Mundial.
Autor: Kostya Novoselov es profesor de Física en la Universidad de Manchester. Participa en el programa científico de Davos 2015.
Kostya Novoselov asistirá a nuestra Reunión Anual 2015 en Davos y será miembro del panel en las sesiones, Más allá de la ley de Moore, el 23/1/2015 a las 3pm CET y Perspectivas de la ciencia mundial, el 24/1 a las 9.15am CET.
Imagen: Konstantin Novoselov, de Rusia (izquierda), recibe el Premio Nobel de Física del rey de Suecia, Carl XVI Gustaf, durante la ceremonia de entrega de los Premios Nobel de 2010 en la Sala de Conciertos de Estocolmo, el 10 de diciembre de 2010. REUTERS/Claudio Bresciani/Pool.
