Grafeno, generalidades

El grafeno, una lámina de carbono cuyo espesor puede ser de un solo átomo,
muestra propiedades electrónicas exóticas que revisten un gran interés
para la investigación fundamental y el desarrollo de nuevos materiales
José González Carmona,
M.ª Angeles Hernández Vozmediano
y Francisco Guinea

E

l carbono es el elemento químico más es  tudiado. Resulta fundamental en bio  logía y medicina, perotambién en la
producción de energía y la conservación del
medio. A través de sus compuestos, forma
parte de numerosos materiales de gran importancia en nuestra vida cotidiana. La síntesis
del carbono en las estrellas constituye una
etapa básica del ciclo por el cual se forman
muchos otros átomos.
Durante largo tiempo se consideró que el
carbono puro, a temperatura y presión ambientes, existía enforma de dos tipos de materiales:
el grafito, que utilizamos en las minas de los

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lápices, constituido por láminas apiladas fáciles
de separar, y el diamante, de estructura cúbica
cristalina. Se sabe que el grafito es ligeramente
más estable que el diamante. No es frecuente
que existan materiales con características muy
distintas formados por el mismo elemento
químico. Resulta por ello bastantesorprendente que la investigación científica durante
el último tercio del siglo xx y los años que
llevamos del xxi haya descubierto aún más
formas de carbono en la naturaleza.
En los años setenta del siglo pasado se estudiaron los compuestos intercalares de grafito.
Constan de láminas muy finas de grafito, que
INVESTIGACION Y CIENCIA, septiembre, 2010

pueden ser superconductoras, entre capas deotros materiales. También en los setenta se
estudiaron de forma intensiva polímeros como
el poliacetileno, que puede considerarse una
cadena muy larga de átomos de carbono, con
algunos enlaces saturados con hidrógeno.
En los años ochenta se descubrió, en el espacio interestelar, el fullereno, una molécula de
sesenta átomos de carbono (C60) y con forma
de balón de fútbol. Se sintetizaron moléculasde carbono parecidas de mayor tamaño. En los
noventa se descubrieron los nanotubos de carbono, láminas muy finas de grafito enrolladas
en forma de tubo. Finalmente, a principios
del presente siglo, se demostró que podían
aislarse y manipularse láminas de grafito con
un espesor de un solo átomo: el grafeno.
La investigación sobre el grafeno ha protagonizado un auge desbordante desde 2005.
En eseaño, investigadores de la Universidad
de Manchester demostraron que las láminas de
grafeno se podían obtener de una forma sencilla. El grupo, dirigido por Andre K. Geim,
también caracterizó muestras de distintos espesores, y demostró que el número de portadores de corriente en su interior, electrones
o huecos, podía ajustarse mediante electrodos
INVESTIGACION Y CIENCIA, septiembre, 2010

1. ELGRAFENO SE EXPANDE mucho más
que cualquier otro material cristalino.
La red puede estirarse, de forma reversible,
hasta un 10 por ciento.

externos [véase “Grafeno”, por Andre K. Geim
y Philip Kim; Investigación y Ciencia, junio
de 2008]. El grafeno puede generarse también
en la superficie del carburo de silicio (SiC)
por evaporación del silicio, o en la superficie
de metales, por descomposición demoléculas
absorbidas.
El único precedente de una actividad investigadora tan intensa e interdisciplinar como la
desarrollada en torno al grafeno es el estudio
de los superconductores de alta temperatura, iniciado en los años ochenta. El grafeno
es el material más bidimensional que pueda
imaginarse. Asimismo, se puede variar el número de electrones en su interior. Materiales
conductores de espesorreducido constituyen
la base de los circuitos electrónicos que hacen funcionar muchos de los dispositivos que
utilizamos en nuestra vida cotidiana. Las propiedades de materiales de pequeña dimensión
(meso o nanoscópicos) difieren cualitativamen-

CONCEPTOS BASICOS
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El grafeno es el único
material constituido por
una sola capa de átomos
que puede ser sintetizado
y estudiado en detalle. Es...