Pablo Jarillo-Herrero (Valencia, 1976) es un físico español pionero en la investigación de las propiedades del grafeno, un material muy fino y resistente del que se ha dicho que podría revolucionar la tecnología. En el MIT (Instituto Tecnológico de Massachusetts, donde es profesor y dirige un laboratorio) descubrió en 2018 que el grafeno, una lámina de carbono de un átomo de grosor, era un superconductor cuando se apilaba en dos capas orientadas en lo que él llamó un ángulo mágico: 1,1 grados.
Jarillo-Herrero ha sido galardonado con importantes galardones. En 2012, recibió de Barack Obama el Premio Presidencial a Jóvenes Investigadores Científicos, dotado con un millón de dólares, que destinó a su investigación. Y el mes pasado se convirtió en el primer español en recibir el Premio Oliver E. Buckley de Materia Condensada 2020, que otorga la Sociedad Americana de Física (APS), considerado la antesala de los Nobel.
Durante una reciente visita a España, participó en el curso El sueño de la superconductividad a temperatura ambiente, de la Escuela Internacional del Instituto Universitario de Ciencia de los Materiales Nicolás Cabrera, en colaboración con la Fundación BBVA.
- Usted salió de España para formarse e investigar. ¿Qué mundo se encontró?
- Cuando estudiaba la carrera en Valencia le pregunté a un profesor cuál era el mejor sitio para investigar lo que él hacía. Me habló de los laboratorios Bell, en EEUU, una compañía que en aquella época tenía muchos premios Nobel. Le pregunté que por qué no iba allí. Me dijo que para eso había que ser muy bueno y que bajase mis ambiciones. En España a la gente joven le ponen el techo muy bajo. En EEUU, se deja que la gente desarrolle sus ambiciones y se anima a ello.
- ¿Siempre tuvo claro lo que quería investigar?
- Como físico, quería hacer física de partículas. Me fui a San Diego con esa idea, pero me dí cuenta de que me gustaba más la física de los materiales, la nanotecnología y la nanociencia. Cambié de dirección. Pensé en cuál sería el mejor sitio del mundo para hacerlo. Contacté con un grupo holandés y me invitaron a hacer el doctorado allí. Después volví a EEUU. Cuando estaba en Nueva York, en la Universidad de Columbia, me llamaron del MIT. Me propusieron solicitar una plaza de profesor y me la concedieron. No había nada planeado.
- ¿Cómo fue su llegada al MIT?
- Cuando empecé de profesor en el MIT me dieron recursos financieros y libertad. Me dijeron: «Aquí tienes una habitación vacía y un montón de dinero. En cinco años hablamos. Eres independiente. Haz lo que a ti te apetezca». Eso es algo que en Europa se hace poco y en España incluso menos. ¿Por qué no? La gente joven es creativa, tiene mucha energía y buenas ideas, más innovadoras y más transgresoras.
- De las partículas a los nanotubos y de ahí al grafeno, ¿un material demasiado atractivo?
- Al principio, mi intención era estudiar las propiedades ópticas de materiales distintos. Los nanotubos de carbono son como un grafeno enrollado en pequeños tubos. Se usan para estudiar procesos básicos celulares. Emiten luz y con ella puedes ver lo que pasa dentro de una célula. Pero surgió el grafeno. Era tan bonito y tan tentador que no me pude resistir.
- El grafeno tiene propiedades prometedoras. Pero, ¿es tan bueno como lo pintan?
- Tiene unas propiedades únicas desde el punto de vista físico (electrónicas, ópticas o mecánicas) y que son extraordinarias. Ahora, extraordinario no significa necesariamente bueno. Depende de para qué lo quieras. Los ingenieros todavía están buscando para qué sirve. Es tan distinto de los materiales convencionales, que aún tenemos que inventar la tecnología que sepa dar un uso a esas propiedades.
- Podría ocurrir como con el láser, que tardó en verse para qué servía.
- Lo mismo que con el GPS o los relojes atómicos. Y la precisión del GPS es increíble. Utiliza correcciones de la Teoría de la Relatividad General de Einstein, que se pensaba que no iba a servir para nada en la vida. Sin esas correcciones, con un GPS no sabes dónde estás. Las mayores revoluciones tecnológicas se dan al perseguir algo por razones totalmente distintas. En Física, si al hacer un experimento sólo corroboras una teoría, ya sabes lo que va a pasar. Las sorpresas cambian tu mentalidad y expanden el horizonte.
- Hay mucha expectativa y la gente quiere ver los resultados.
- El descubrimiento físico que permitió el desarrollo de los transistores que hoy están en los móviles y ordenadores portátiles ocurrió en los años 40. Desde que se produce un descubrimiento hasta que hay una tecnología comercial pasan 40 años. El grafeno se descubrió en el 2004. Han pasado sólo 15 años. Algunos científicos e ingenieros, para conseguir recursos y para crear interés, han exagerado la rapidez con la que se va a desarrollar y qué revolución va a suponer. Hoy se espera que todo se haga muy rápido, pero hay cosas que necesitan un tiempo. El grafeno va a un ritmo normal.
- ¿En qué estado se encuentra la síntesis de grafeno a gran escala?
- Ya hay compañías, algunas españolas, que sintetizan obleas de grafeno en sustratos que son compatibles con la fabricación de tecnología semiconductora, aunque hay que mejorar la calidad del producto. Pero la tecnología tiene que ser buena, bonita y, además, más barata que lo que ya existe. Porque algo sea un poquito mejor, la industria no va a cambiar sus procesos de producción, ya que conllevan una inversión muy grande. Tiene que ser mucho mejor o de áreas en las que no haya nada establecido.
- ¿Es caro producir grafeno?
- No es caro, pero cambiar los procesos de producción para incorporar el grafeno, en vez del silicio o de cualquier otro material, sí es muy caro. Una fábrica de transistores cuesta 10.000 millones de euros. Si este dinero se ha invertido hace poco, se tiene que amortizar antes de modificarse todo. Para que las nuevas tecnologías se incorporen, se tienen que dar unos pasos y no siempre ocurren.
- Usted menciona el silicio, que da lugar a otro material prometedor. ¿Qué ventajas tiene el siliceno?
- El siliceno es la versión monoatómica del silicio, que es tridimensional. Existe la posibilidad de hacer un material bidimensional, parecido al grafeno, con silíceo de un solo átomo de espesor y no con átomos de carbono como el grafeno. Pero el siliceno es muy inestable. Esto es un problema serio. Aunque se resuelva, aún le quedaría mucho tiempo hasta utilizarse. Se están estudiando sus propiedades básicas. En otros aspectos tiene ventajas. Una gran parte de la industria está hecha para el silicio. Incorporarlo podría ser más fácil que con el grafeno. Pero aún le quedan muchos años, si es que alguna vez se usa.
- ¿Cómo son las propiedades superconductoras de los materiales bidimensionales?
- El grafeno en sí no es un superconductor. Cuando pones dos capas de grafeno una encima de otra y lo giras un grado, lo que se llama el grado mágico, se convierte en superconductor. Este descubrimiento que hicimos en mi grupo fue algo totalmente inesperado que ha tenido bastante repercusión. Es un campo que tiene un año de antigüedad. Quién sabe si algún día esto dará lugar a un conocimiento que produzca tecnologías que no nos podemos ni imaginar ahora.
- ¿Qué expectativas tiene para este comportamiento superconductor?
- Aún no entendemos por qué ocurre. La superconductividad del grafeno bicapa tiene similitudes a la de los superconductores de alta temperatura, que tampoco entendemos, pero con el grafeno será más fácil llegar a hacerlo. El 30% de la electricidad que se genera se pierde literalmente en calor, por su transmisión. Si tuviéramos materiales superconductores a temperatura ambiente podríamos ahorrar el 30% de la electricidad que generamos, lo que daría lugar a una revolución tecnológica increíble.
- ¿Qué se investiga ahora mismo en su laboratorio?
- Estudiamos el grafeno rotado de ángulo mágico. Lo investigamos también en otros materiales bidimensionales. En 2017 descubrimos los imanes bidimensionales, de unos pocos átomos de espesor. Tienen propiedades magnéticas muy distintas a los tridimensionales. Si en un imán tridimensional necesitas un espesor de 20 nanometros (digamos que 20 capas), ahora sólo es necesaria una. Los imanes bidimensionales son muy finos. Esto da lugar a dispositivos que antes no se podían hacer.
- ¿Qué otras aplicaciones tiene en mente?
- En mi grupo hacemos investigación básica, pero colaboro con ingenieros para hacer cosas más aplicadas. Hace cuatro años hicimos las células solares más finas del mundo con materiales bidimensionales. También trabajamos en diodos de emisión de luz, como las bombillas eficientes led, pero con materiales de un solo átomo de espesor.
- ¿Dónde está el límite de su investigación, la barrera de dificultad que no se deja superar?
- Hay distintos tipos de dificultades. Como físico, la dificultad está en entender una propiedad o un comportamiento básico. Para un ingeniero, la dificultad está en cómo hacer un dispositivo más eficiente. Esos ledes tan finos que hicimos no eran eficientes. Un grupo de colegas del MIT trabajaron en ledes y detectores de luz eficientes. Además, hicieron muchos y todos iguales. Yo podía hacer uno muy bien, pero no sabía cómo hacer un millón de ellos idénticos. Esto es difícil, aunque es un tipo de dificultad distinta, de procesos, de escalabilidad, de repetibilidad y de manufactura.
- Mientras hablamos de tecnologías futurísticas, materiales cotidianos como el plástico provocan problemas que no sabemos resolver. ¿Es el grafeno biodegradable?
- El grafeno está hecho de carbono y no contiene mercurio o elementos pesados. Una ventaja de la nanotecnología es que se necesita muy poca cantidad de material para llevar a cabo una aplicación. El grafeno tiene un átomo de grosor. Puede usarse en los detectores de radiación infrarroja, para ver a través de la lluvia o la niebla al conducir. Los detectores actuales de radiación infrarroja están basados en mercurio y cadmio, que contaminan mucho y necesitan mucho material. De usarse el grafeno, se necesitaría menos y no contaminaría tanto. La ventaja es doble.
- Pero aún no sabemos cómo afectará a un organismo vivo el deshacerse de la nanotecnología.
- El plástico es un problema por su volumen, pero contamina poco comparado con las baterías de litio o de plomo. La contaminación por nanotecnología se refiere a contaminación de partículas, como el asbesto, que son fibras muy finas que causan problemas respiratorios. El grafeno es una hoja y no puede penetrar en una célula. No es lo mismo que un nanotubo, un nanohilo o una partícula. Hay que investigarlo. Al hacer un uso masivo de cierta tecnología se tienen que ver los aspectos medioambientales y efectos para la salud, como con cualquier tipo de producto.
Conforme a los criterios de