El Nobel de Física de 2010 es per a Andre Geim y Kostya Novoselov, però bé es pot dir que és per al grafé. Ells van descobrir com el carboni es presenta d'una manera en què es converteix en el material del futur. El més tangible i immediat que notarem és que resoldrà els problemaspara assolir la trucada connectivitat total: que no pots carregar tot el dia amb el PC, que el teu telèfon té la pantalla massa petita i que la velocitat del processador no sempre té l'alegria que volguessis (sobretot en les connexions 3G).
Solucions: tenir un portàtil de grafé, un material capaç de convertir-se en monitor (perquè és transparent) i processador (deu vegades més ràpides que el de silici) a la vegada, que s'enrotlla i es plega, que és tan irrompible com el diamant i que té un sol àtom de gruix! Un altre “vaporware”, com truquen a les falses promeses? No. Samsung, amb l'ajuda de la Universitat Sungkyunkwa, de Corea del Nord, traurà l'any vinent les primeres pantalles enrotllables, tàctils i amb circuits invisibles (mira els prototips en aquestes pàgines).
Els processadors, que podrien assolir una velocitat de centenars de gigahertzs (en silici, el màxim – no comercial – és de 100 GHZ, encara que el PC de casa teva és de 3, com a màxim) trigaran una mica més. Per què? Perquè el grafeno és massa bon conductor i deixa passar tots els electrons, sense més. El silici, en canvi, és un semiconductor; és a dir, admet que es li “digui” quan transmetre corrent i encendre els milions de transistors que formen el processador, i quan no. Francisco Guinea, professor d'investigació de l'Institut de Ciència dels Materials de Madrid (CSIC),ha publicat en Science,al costat de tres universitats nord-americanes, com variar la conductivitat del grafeno deformant-ho: “Si aprenem a guiar els electrons a un lloc concret, podrem fabricar circuits. És la gran diferència amb el silici: a aquest li fan falta contactes metàl·lics entre les parts del circuit. Però amb el grafeno es pot fer tot d'una sola peça. És un avenç considerable”. De passada, s'aprendrà a doblar les pantalles sense que pateixi el funcionament.
Així que tota la investigació es centra ara a aprendre a dirigir electrons, i d'una manera que pugui reproduir la indústria. Perquè prototips de transistors de 100 GHZ (IBM, el febrer de 2010) i fins a 300 (la Universitat de Califòrnia a Los Ángeles, fa poques setmanes) ja hi ha. Però no es comercialitzen, són joies de laboratori. L'espanyol Tomás Palacios, professor d'Enginyeria Elèctrica i Computació del totpoderós Massachusetts Institute of Technology (MIT) parla de “controlar la conductivitat del grafeno usant dues capes d'aquest material, una damunt d'una altra, i en una orientació determinada”. Així s'aconsegueix obrir i tancar el pas de corrent a plaer, “i es poden fabricar excel·lents transistors (o interruptors) amb ell; això permet el seu ús en nombroses aplicacions, incloent microprocessadors i cèl·lules solars”, explica. I un últim mètode és el trucat “dopatge químic”: afegeixes una substància (hidrogen, oxigen...) que converteixi la planxa de grafé en aïllant (que no condueixi), i treus aquestes substàncies soles de les “rutes” per les quals vulguis que circuli el corrent.
A part d'enrotllat, sensible
Però Palacios i el seu equip estan treballant en altres aplicacions innovadores: “Ja que el grafé està format per una única capa de gruix, els transistors són molt sensibles a qualsevol molècula que es dipositi en la seva superfície. Per això, és un material idoni per fabricar sensors químics i biològics, d'ADN, per exemple”. I continua: “El meu grup d'investigació acaba de fabricar un sensor per detectar hidrogen, i estem treballant en altres detectors d'explosius i cèl·lules biològiques”. Més? “També estem dissenyant detectors d'infrarojos que permetin la fabricació de càmeres de visió nocturna amb una resolució molt millor que la de les actuals”, ens compte aquest cap d'investigadors de sol 30 anys.
Una altra font d'alegries estarà en la seva capacitat de multiplicar el senyal que sigui: per entendre'ns, que qualsevol connexió, sense fil o no, arribeu amb tota la seva potència als dispositius que rebin dades d'ella, perquè tindran una espècie de “repetidor”. Alguns d'aquests invents combinaran la “sensibilitat” del grafeno amb l'“habilitat” del silici. Perquè tots coincideixen que el material que va donar nom a Silicon Valley porta 40 anys d'avantatge pel que fa a industrialització i investigació; així que pot ser un bon complement del grafeno, més que un competidor.
Com folrar-se amb cel·lofana
El més curiós és que aquest nou material està per gairebé totes parts, però “empaquetat” d'una manera en que no es comporta de forma tan espectacular: teníem carbó (carboni amb estructura amorfa), diamants (estructura cristal·lina) i grafit (una forma que agrupa làmines d'àtoms). Però no teníem grafeno. Fins que, el 2004, Andre Geim i Kostya Novoselov, de la Universitat de Manchester (Regne Unit), van separar una sola d'aquestes làmines de la manera menys científica mai vist. Per això, no és estrany que hagin rebut el Nobel de Física 2010.
En el seu laboratori, per estudiar el grafit, s'enganxava gelosia sobre la mostra i s'arrencava per treure les capes superficials, plenes d'impureses. Però a Geim es li va ocórrer un dia mirar aquestes deixalles, i va descobrir que algunes vegades aconseguia arrencar separadament una de les capes d'un àtom de gruix que formen el grafit. O sigui, obtenia grafeno. Així que Novoselov i ell van fundar Graphene Industries i ja no es dediquen a conduir electrons en la Universitat, sinó cotxes cars pel carrer, que és més divertit.
Cal veure com és
Si perquè el seu èxit resideix en com és, no en el que és. I què és? El grafé és tan carboni pur com el carbó, el grafit i el diamant. Però la forma en què estan “ordenats” els àtoms canvia enormement les seves propietats. En el grafé, els àtoms de carboni estan disposats en forma plana (bidimensional), en ordre de bresca d'abella. Això el converteix en un excel·lent conductor (elèctric i tèrmic), es torna gairebé irrompible, i més flexible que el plàstic més deformable.
I sap fer més coses
Anàlisi. Tomás Palacios (MIT) vol “combinar sensors químics fets amb grafeno, amb microprocessadors de silici, capaços d'analitzar a temps real els resultats dels sensors”. Així és com les proves d'ADN i testos genètics (per a embarassades, delictes...) seran més senzills i precisos.
Cèl·lules solars. El grafeno no sol transmet bé l'electricitat, sinó que té una boníssima conductivitat tèrmica. Així que les plaques solars – que encara trigaran uns anys – seran molt més eficients.Armilles antibales. Avui són sobretot de poliparafenileno tereftalamida (Kevlar), barrejat amb metalls lleugers. Però són pesats, gruixuts i pocs flexibles. El grafeno, en canvi, és molt moro, i duro com el diamant.
Vist a Quo
