En la búsqueda de sistemas de almacenamiento de energía más eficientes y duraderos, las baterías de iones de litio son fundamentales para dispositivos portátiles y vehículos eléctricos. Sin embargo, sus limitaciones en densidad de energía y vida útil han impulsado la investigación de soluciones innovadoras. El grafeno, con sus propiedades excepcionales, se perfila como un componente clave en la industria de las baterías.
Descubierto en 2004, el grafeno es una forma alotrópica del carbono, como el diamante o el grafito, pero con propiedades únicas debido a su estructura extremadamente delgada. Consiste en una sola capa de átomos de carbono organizados en una estructura hexagonal bidimensional. Es el material más delgado y ligero conocido, y al mismo tiempo, uno de los más fuertes y resistentes.
¿Por qué es tan importante el grafeno?
El llamado ‘material de Dios’ es impermeable a los gases y tiene una alta capacidad de carga eléctrica. Estas características lo hacen prometedor para diversas aplicaciones. En electrónica, puede reemplazar al silicio para fabricar chips más rápidos y eficientes. En la industria energética, puede mejorar la eficiencia de las celdas fotovoltaicas. También se investiga su uso en medicina, electrónica flexible, desalinización del agua y filtración de contaminantes, entre otros campos.
Pablo Jarillo-Herrero es un físico español reconocido por sus innovadoras investigaciones en el campo del grafeno. Nació en Valencia en 1976 donde completó su licenciatura en física en 1999. En 2004, Andre Geim y Konstantin Novoselov, dos físicos rusos con nacionalidad británica, lograron aislar por primera vez el grafeno extrayendo láminas de grafito con cinta adhesiva. Un hito por el que ganarían el Nobel en 2010.
Un año después, en 2005, el español obtenía el doctorado en la Universidad de Delft en los Países Bajos donde trabajó en el transporte electrónico en nanotubos de carbono y dispositivos de espintrónica. Trabajando allí, viajó al laboratorio de Geim y Novoselov, en Manchester, donde le enseñaron a obtener grafeno. Después de su doctorado, realizó una estancia postdoctoral en la Universidad de Columbia, donde se centró en la física de materiales bidimensionales, incluyendo el grafeno.
En 2008, se unió al Departamento de Física del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) como profesor asistente. En el MIT, su investigación se centró en las propiedades electrónicas de los materiales bidimensionales, con especial énfasis en el grafeno. A lo largo de su carrera, ha realizado varios descubrimientos importantes relacionados con el grafeno y sus aplicaciones potenciales.
Seis años más tarde llegó uno de los logros más destacados de Jarillo-Herrero y su equipo fue el descubrimiento de un fenómeno conocido como la superconductividad en grafeno bicapa retorcido. En 2018, publicaron un artículo en la revista Nature que detallaba cómo dos capas de grafeno apiladas y ligeramente retorcidas entre sí en un ‘ángulo mágico’ de aproximadamente 1,1 grados obtenía propiedades totalmente diferentes.
Usando solo grafeno, o combinándolo con otro material como el nitruro de boro hexagonal (h-BN), es posible replicar todos los comportamientos conocidos de la materia. Es posible crear aislantes, metales, superconductores, materiales ferromagnéticos. “Es como una especie de piedra filosofal”, afirma el español. “La gente está asombrada, porque ya no necesito hierro para hacer un imán, cobre para un conductor o cuarzo para un aislante", añade.
Este descubrimiento fue revolucionario porque abrió una nueva área de investigación conocida como "grafeno retorcido" o "moire superlattices". La superconductividad observada en el grafeno bicapa retorcido es notable porque se logra a una temperatura relativamente alta (para los estándares de la superconductividad) y sin la necesidad de materiales exóticos o condiciones extremas. Este hallazgo ha generado un gran interés en la comunidad científica y ha llevado a un auge en la investigación sobre materiales bidimensionales y sus propiedades electrónicas.
Su trabajo ha tenido un impacto significativo en la física de materiales bidimensionales y ha abierto nuevas vías para la investigación en nanotecnología y electrónica. Su investigación sobre el grafeno ha sido reconocida con numerosos premios y distinciones. Entre ellos, ha recibido el Premio de la Fundación BBVA Fronteras del Conocimiento en Ciencias Básicas en 2020, el Premio Wolf en Física en 2020, y ha sido nombrado miembro de la American Physical Society y la Academia Nacional de Ciencias de Estados Unidos.
Actualmente continúa investigando las propiedades de los materiales bidimensionales y sus aplicaciones potenciales. El físico español, ahora uno de los principales expertos mundiales en grafeno, se ha destacado tanto en este campo que su nombre aparece cada año en las apuestas para el Nobel. Su trabajo sigue siendo una fuente de inspiración para muchos investigadores jóvenes y su impacto en la ciencia de materiales sigue creciendo.
