«Podemos cambiar las propiedades de un material con un simple giro»

«Esto es casi ciencia ficción», dice por teléfono Allan MacDonald, catedrático de la Universidad de Texas, en Austin (EE.UU.) cuando le devuelve la llamada al físico español Pablo Jarillo-Herrero , quien trabaja en el prestigioso MIT (siglas del Instituto de Tecnología de Massachusetts). MacDonald ha tenido unos días para revisar el manuscrito del valenciano en el que demuestra que el 'ángulo mágico' del grafeno que él teorizó años antes es real. Ese pequeño giro entre capas de grafeno hace que el material que compone la mina de un lápiz adquiera propiedades extraordinarias, hasta el punto de convertirse en un «supermaterial» con el que muchos auguran que podrían fabricarse desde potentes ordenadores cuánticos hasta trenes que levitan. No solo eso, sino que los resultados de Jarillo-Herrero son todavía más más increíbles de lo que MacDonald había imaginado. «Está más allá de lo que podría haber soñado», remata.Para entender la importancia (y el entusiasmo) de esta conversación hay que remontarse a 2011. Ese es el año en el que MacDonald publica en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) un estudio en el que explica matemáticamente que una capa de grafeno tan fina como un átomo sobre otra idéntica, pero girada apenas un grado, crea un patrón que permite manipular el material sin cambiar su química, dotándolo de propiedades nuevas. «Lo llamamos 'ángulo mágico' porque intentábamos encontrar una explicación sencilla de por qué de esa forma la velocidad de los electrones se vuelve muy, muy pequeña –explica MacDonald–. Y cuando los electrones se ralentizan, interactúan entre sí con más fuerza, formando estados más interesantes». Así, MacDonald teorizó que aquella forma de colocar esas finas capas, a ciertas temperaturas, podría tener propiedades aislantes; pero en otras condiciones, y gracias a ese minúsculo giro, podría ser todo lo contrario, un conductor (es decir, dejaría pasar la electricidad).La sorpresa del grafenoNo obstante, aquel estudio científico pasó casi sin pena ni gloria porque parecía imposible realizar aquel experimento en el laboratorio. Hasta que siete años después lo consiguieron Jarillo-Herrero y su equipo «con técnicas muy ingeniosas», alaba MacDonald. «No sabíamos bien qué iba a ocurrir, qué 'poderes mágicos' tendría», rememora por su parte Jarillo-Herrero sentado al lado de su colega en la sede de la Fundación BBVA en Bilbao, horas antes de recoger por aquella proeza el Premio Fronteras del Conocimiento en la categoría de Ciencias Básicas. «Y sí, descubrimos que tenía un comportamiento aislante, pero no el clásico. Y después lo que supuso una sorpresa total fue que descubriéramos que era superconductor». «En este campo se ha producido una interacción preciosa entre la teoría y el experimento. Eso ha provocado que mucha gente haya podido contribuir rápidamente al área» Pablo Jarillo-Herrero Catedrático del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT)Aquellas dos capas de grafeno giradas apenas un grado daban lugar a un material 'dos por uno' con propiedades extraordinarias. A nivel atómico, ocurría algo parecido a lo que pasa en un cruce de calles donde todos los semáforos se ponen en verde, pero hay tantos coches –que en este caso serían los electrones– que el tráfico acaba completamente bloqueado: el material se convierte en un aislante. Pero este 'atasco' es muy particular. Si se añaden o eliminan algunos electrones mediante un voltaje externo, el estado cambia y el material puede convertirse en un superconductor. Entonces, el tráfico deja de estar bloqueado y los electrones pasan a comportarse de forma colectiva, como si todos los coches se deslizaran sobre una pista de hielo perfectamente lisa, coordinados entre sí: la corriente eléctrica puede circular sin resistencia.Jarillo-Herrero charlando con MacDonald en la sede de la Fundación BBVA en Bilbao. Fundación BBVATodo eso se plasmó en dos artículos científicos ( aquí y aquí ) publicados en la revista 'Nature' en 2018 que supusieron toda una revolución en la ciencia de materiales y un crecimiento exponencial de este campo. Crearon, de hecho, uno nuevo, la twistrónica, que explora el ángulo mágico no solo del grafeno, sino de otros materiales. «En este campo se ha producido una interacción preciosa entre la teoría y el experimento –dice Jarillo-Herrero–. La primera guio al segundo y con él se descubrieron cosas que la teoría no había previsto; eso impulsa nuevas ideas que, a su vez, conducen a nuevos experimentos. Eso ha provocado que mucha gente haya podido contribuir rápidamente al área». La importancia de este campo se ha vuelto tan grande que MacDonald y Jarillo-Herrero han sido reconocidos con galardones tan relevantes como el Premio Wolf en Física (junto con físico israelí Rafael Bistritzer), el Premio Kavli en Nanociencia (junto con la física Eva Y. Andrei) y el propio Premio Fronteras del Conocimiento , en cuya gala Jarillo-Herrero equiparaba el hallazgo con «la piedra filosofal, pero al revés»: «Con el ángulo mágico cogemos un solo material y hacemos que se comporte como muchos otros». El santo grial de la superconductividadLa superconductividad es el 'santo grial' de la ciencia de materiales porque permitiría conducir la electricidad sin resistencia eléctrica ni pérdida de energía en forma de calor. Esto significa que evitaría perder entre el 5 y el 10 por ciento de la energía que ahora mismo se malogra en las torres de alta tensión; permitiría crear ordenadores cuánticos con una potencia nunca vista; abarataría radicalmente los equipos de resonancia magnética de los hospitales; impulsaría los trenes de alta velocidad; los vehículos eléctricos tendrían una autonomía y una eficiencia nunca vistas...«Cambiar radicalmente las propiedades de un material simplemente girándolo proporciona una plataforma mucho más amplia para pensar en posibles aplicaciones» Allan MacDonald Cátedra Sid W. Richardson de Física en la Universidad de Texas en Austin«Ahora que sabemos que es posible cambiar radicalmente las propiedades de un material simplemente girándolo, eso proporciona a todos los investigadores del mundo una plataforma mucho más amplia para pensar en posibles aplicaciones», dice MacDonald. Jarillo-Herrero matiza: «Pero tener unas propiedades físicas extraordinarias no significa que podamos incorporarlo fácilmente a nuestros procesos industriales». De hecho, el caballo de batalla de los ingenieros es llevar todos esos procesos 'mágicos' que ocurren en el laboratorio a nuestro día a día. «Yo soy optimista, pero incorporar la twistrónica a nuestros procesos tecnológicos supone un gran desafío. Llevará décadas desarrollar los procesos necesarios para conseguirlo». Y aunque pueda sonar a película futurista, la historia, señala el físico español, nos ha mostrado ejemplos parecidos en el pasado. «Un chip de cualquier ordenador actual tiene mil millones de transistores, todos funcionando de manera prácticamente idéntica. Eso hace 50 años era ciencia ficción; nadie habría apostado a que eso ocurriría; y los ingenieros lo consiguieron». A lo que sí apuesta mucha gente es a la posibilidad de que MacDonald y Jarillo-Herrero reciban algún día otra llamada, esta vez de la Real Academia de las Ciencias de Suecia, anunciándoles que han ganado el Premio Nobel. «No pienso mucho en ello –dice Jarillo-Herrero, humilde–. Lo mejor es mantener los pies en el suelo. Así, si caes, no lo haces desde muy alto», apostilla. Pero, si hablamos de distancias y de todo lo que pueden significar, un simple giro de un grado ya nos ha llevado mucho más lejos de lo que MacDonald y Jarillo-Herrero habían imaginado nunca.