MacDonald y Jarillo-Herrero, Premio Fronteras del Conocimiento por su descubrimiento para controlar nuevos materiales

El hallazgo de que el grafeno puede transformarse en materiales con propiedades nuevas como superconductividad o magnetismo al rotar sus capas a determinados ángulos representa, según los galardonados, un punto de partida para avances en tecnologías cuánticas y nuevos dispositivos con altos niveles de eficiencia. Esta innovación es el núcleo del premio Fronteras del Conocimiento en Ciencias Básicas, que en su decimoctava edición recayó en Allan MacDonald, docente de la Universidad de Texas en Austin, y en Pablo Jarillo-Herrero, investigador del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), de acuerdo con la información publicada por la Fundación BBVA.

El medio Fundación BBVA detalló que la aportación principal de ambos físicos reside en el desarrollo teórico y la validación experimental de la twistrónica, concepto que refiere la manipulación de materiales bidimensionales, como el grafeno, mediante la rotación precisa de sus capas. Según consignó la Fundación, MacDonald formuló en 2011 una hipótesis sobre la existencia de un “ángulo mágico” —cercano a un grado— que, al aplicarse entre dos láminas de grafeno, provoca el surgimiento de comportamientos inéditos en el material ocasionados por la interacción entre electrones. En 2018, Jarillo-Herrero y su equipo realizaron la primera demostración experimental de este fenómeno, logrando que las capas giradas de grafeno adquirieran características como la superconductividad.

Durante la ceremonia de entrega del premio, el jurado resaltó que el trabajo de MacDonald y Jarillo-Herrero ya ha configurado un nuevo campo de investigación científica, la twistrónica. Esta disciplina, según el panel evaluador citado por la Fundación BBVA, explora cómo la disposición angular de materiales ultradelgados puede reproducir los comportamientos complejos de variados elementos de la tabla periódica, pero recurriendo únicamente al carbono presente en el grafeno.

MacDonald explicó a la Fundación BBVA que la manipulación de materiales bidimensionales permite aspirar a la reproducción de “todos los comportamientos de la materia que existen”, englobando desde propiedades aislantes hasta fenómenos magnéticos y superconductores. Hasta esta invención, la observación de esta diversidad de propiedades requería una multitud de elementos, mientras que, como señaló Jarillo-Herrero, el grafeno permite integrar estos fenómenos en un solo elemento, caracterizando al carbono como la “piedra filosofal inversa”: en vez de convertir materiales en oro, el grafeno puede asumir el comportamiento de cualquier otro material.

Pese a que los avances son reconocidos a nivel internacional, Jarillo-Herrero manifestó a la Fundación BBVA que la transferencia de estos descubrimientos a la escala industrial aún requiere superar obstáculos técnicos. Indicó que la fabricación de dispositivos con capas de grafeno orientadas con precisión continúa siendo un proceso artesanal que podría demandar varias semanas o meses, comparando el trabajo actual de los investigadores con el de “monjes medievales haciendo un manuscrito”. La carencia de mecanismos de producción masiva limita, por el momento, la explotación práctica del hallazgo.

Aun así, tanto Jarillo-Herrero como MacDonald mostraron optimismo respecto a la posibilidad de que el desarrollo de tecnologías adecuadas permita crear una “imprenta” para la producción en serie de láminas de grafeno rotadas. Jarillo-Herrero afirmó que la consecución de este objetivo requerirá un esfuerzo considerable en investigación de ingeniería básica, aunque ya comienza a existir interés en esta dirección dentro de la comunidad científica.

Según detalló la Fundación BBVA, las aplicaciones esperadas a partir del mejor entendimiento de los mecanismos físicos de la twistrónica incluyen desde nuevos materiales con propiedades inéditas hasta innovaciones tecnológicas en computación cuántica e inteligencia artificial. MacDonald subrayó que uno de los usos potenciales más inmediatos sería el diseño de dispositivos capaces de controlar la transferencia de información entre ordenadores y fibras ópticas, subrayando que los materiales derivados de la twistrónica son candidatos idóneos para alcanzar un control eléctrico avanzado de propiedades ópticas.

La Fundación BBVA agregó que la producción futura de dispositivos de grafeno en grandes cantidades abriría la vía a tecnologías cuánticas y sensores, además de aplicaciones vinculadas a determinadas formas de inteligencia artificial, todo ello con menores requerimientos energéticos respecto a las tecnologías actuales. Estas nuevas capacidades responderían a la necesidad de fabricar materiales con funcionalidades específicas a partir del mismo elemento: el carbono, lo que permitiría fomentar la innovación científica y tecnológica en diversas áreas de la industria y la computación.

El reconocimiento a MacDonald y Jarillo-Herrero se enmarca en la estrategia de la Fundación BBVA de distinguir contribuciones pioneras que abran nuevas líneas de investigación y desarrollo. Según detalló la institución, la colección de descubrimientos sobre el “ángulo mágico” y la twistrónica no solo modifican la comprensión actual de la materia, sino que establecen el punto de partida para el diseño de materiales y tecnologías aún no exploradas. El galardón Fronteras del Conocimiento busca visibilizar casos en los que la investigación básica abre puertas a desarrollos de impacto potencial para la sociedad.