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La Física Hoy
Hablando sobre...

Grafeno
... con
Amadeo L. Vázquez de Parga
Profesor del Departamento de Física de la Materia Condensada de la UAM
"Geim y Novoselov, utilizando un sistema que, cuando lo lees, parece que podrías reproducirlo en la cocina de tu casa, fueron capaces de aislar el grafeno. El método consiste en pegar entre dos trozos de cinta adhesiva un pedazo de un cristalde grafito. Tras separar las cintas adhesivas se quedan pegados trozos más finos de grafito en cada una de ellas y si este proceso se repite varías veces al final en alguna de las cintas se quedan pegados trozos de grafito de unas pocas capas atómicas de espesor."
¿Qué es el grafeno?
Pero el grafeno está descrito desde hace mucho... ¿Qué es lo que ha aportado esta pareja rusa (Andre Geim yKonstantin Novoselov, Universidad de Manchester) para ser los merecedores del Nobel de 2010?
Ahora entiendo aquello de que se les ha abierto un campo enorme...
De ahí que se piense en el grafeno como sustituto del silicio...
Hablando de cosas que funcionan, vosotros ¿qué vendéis?...
Todo esto parece que permitirá avanzar en el conocimiento de la estructura de la materia. Pero, qué hay de lasaplicaciones prácticas, de la participación de la industria en la investigación básica?
 
¿Qué es el grafeno?
El grafeno es una red hexagonal en forma de panal de abeja donde los átomos de carbono presentan una hibridación sp2. Tres de los orbitales resultantes están en el plano de los átomos y participan en el enlace covalente entre cada átomo de carbono y tres vecinos. El cuarto electrón seencuentra distribuido por encima y por debajo del plano del grafeno. Estos últimos electrones son los responsables de la peculiar estructura electrónica del grafeno. En general los electrones en un sólido cristalino se compartan como si su masa fuese distinta a la masa en reposo. Esto es debido a la interacción de los electrones con la periodicidad atómica del cristal. En el caso del grafeno loselectrones alrededor del nivel de Fermi su masa efectiva es cero y esto hace al grafeno distinto a cualquier otro material estudiado en la física de estado sólido.
Pero el grafeno está descrito desde hace mucho... ¿Qué es lo que ha aportado esta pareja rusa (Andre Geim y Konstantin Novoselov, Universidad de Manchester) para ser los merecedores del Nobel de 2010?
Bueno, los físicos teóricos de la materiacondensada que estudiaban las propiedades del grafito empezaban estudiando las propiedades de una sola capa. Por lo tanto, desde el punto de vista teórico sus propiedades electrónicas, elásticas, etc. estaban perfectamente descritas.
El grafeno es un material estrictamente bidimensional y en los años 30 del siglo pasado dos físicos Pierls y Landau llegaron a la conclusión de que no podía existirun material cristalino bidimensional macroscópicoporque a temperatura ambiente todos los átomos están vibrando y están vibraciones introducen desorden en el cristal y hacen que el material tienda a plegarse y arrugarse.
Geim y Novoselov, utilizando un sistema que, cuando lo lees, parece que podrías reproducirlo en la cocina de tu casa, fueron capaces de aislar el grafeno. El método consiste enpegar entre dos trozos de cinta adhesiva un pedazo de un cristal de grafito. Tras separar las cintas adhesivas se quedan pegados trozos más finos de grafito en cada una de ellas y si este proceso se repite varías veces al final en alguna de las cintas se quedan pegados trozos de grafito de unas pocas capas atómicas de espesor. Posteriormente frotaron este trozo de cinta adhesiva sobre una superficiede óxido de silicio y fueron capaces de encontrar trozos de una sola capa atómica de espesor. De manera que consiguieron, primero, aislar un material cristalino bidimensional en contra de las predicciones teóricas y, en segundo lugar, lograron conectar estos trozos de grafeno eléctricamente y demostrar que podían cambiar el tipo de cargas eléctricas a voluntad, midieron que los electrones...