Academia Mexicana de Ciencias
Boletín AMC/026/17
Ciudad de México, 1 de febrero de 2017

• Sus temas de estudio sobre vidrios y materiales biodimensionales, como el grafeno, tienen impacto internacional.

El grafeno es uno de los materiales que estudia el doctor Gerardo García Naumis, del Instituto de Física de la UNAM. En la actualidad, el investigador realiza un novedoso trabajo sobre las propiedades topológicas de este material.
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Trabajar con física teórica y ciencia básica, señaló el doctor Gerardo García Naumis, es importante y necesario en la producción de nuevos materiales a medida y optimizados para una amplia gama de funciones. La comprensión de los materiales puede hacer posible, por ejemplo, la mezcla y combinación de compuestos ultra delgados — cada uno con propiedades ópticas, mecánicas y electrónicas únicas— como el grafeno, un material en el que están puestos muchos desarrollos tecnológicos por sus especiales características.

García Naumis, investigador del Instituto de Física (IF) de la UNAM, miembro de la Academia Mexicana de Ciencias (AMC) y recientemente reconocido con la Medalla Marcos Moshinsky 2016 por sus aportaciones a la física teórica, informó que entre las varias líneas de investigación que lleva a cabo junto con su grupo, realiza un novedoso trabajo sobre propiedades topológicas de grafeno. “Estudiamos qué pasa con las propiedades ópticas y electrónicas de este material, lo sometemos a ondas mecánicas que lo deforman, esta deformación ocurre en cierto espacio y tiempo, como pasa cuando se le aplican ondas de sonido. Este proceso puede modular sus propiedades y sin duda en algunos años tendrá un sinnúmero de aplicaciones”.

El investigador mencionó que aun cuando su interés se mantiene en el grafeno —que de forma natural se encuentra en el grafito, una de las varias estructuras a las que da lugar el Carbono—, también se enfoca a analizar otros materiales bidimensionales como los calcogenuros unidos a metales de transición, fosforeno y siliceno, que representan un mundo nuevo en materiales desde el punto de vista teórico y experimental.

Los calcogenuros son importantes porque al ser materiales bidimensionales los efectos cuánticos son más acentuados que en sus análogos tridimensionales. Algunos materiales bidimensionales conducen electricidad, otros son aislantes, algunos permeables y otros impermeables, dicho de otro modo, las posibilidades que se abren a la ciencia y la tecnología son prácticamente infinitas.

Investigación de frontera
García Naumis trabaja, como se indicó, en varias líneas de investigación y “lo interesante es que en algunas de ellas utilizamos la física cuántica relativista para entender todos esos fenómenos que ocurren con esos materiales”. Otros de sus trabajos tienen que ver con fases topológicas de la materia y su implicación para sistemas como el grafeno y otros sistemas bidimensionales.

Los materiales bidimensionales tienen muchas aplicaciones, se piensa que van a remplazar al silicio en la construcción de transistores en electrónica, en pantallas táctiles han tenido mucho impacto y en otras áreas como en la de biología su uso es amplio, ya que es un material biocompatible. Otro uso importante es en el campo energético donde se han empezado a hacer súper baterías biodegradables con grafeno resolviendo un problema fundamental de las fuentes alternativas de energéticos.

Lo importante de este material, destacó el también ganador del Premio Jorge Lomnitz Adler 2007, que otorga el IFUNAM y la AMC, es que ha abierto la posibilidad de construir otros materiales bidimensionales “por eso lo que se está trabajando en el mundo, y que también estamos entrando a trabajar nosotros, es cómo apilar unos sobre otros, la pregunta que nos hacemos ahora es qué pasa cuando se tienen varias capas de estos materiales bidimensionales”.

A los anteriores estudios se debe agregar la investigación que lleva a cabo en la formación de vidrios. Su trabajo ha tenido impacto sobre todo en el diseño de vidrios llamados Gorilla para los dispositivos electrónicos como tabletas y teléfonos, “de hecho el trabajo teórico que hicimos, Glass transition phenomenology and flexibility: an approach using the energy landscape formalism, está citado en una de las patentes de la compañía Corning de Estados Unidos, la cual fabrica vidrios para las pantallas de Iphones y Ipads de Apple”. Para estos fabricantes fue importante diseñar vidrios con propiedades mecánicas que impidan la fractura de las pantallas, así como la posibilidad de diseñar procesos industriales con bajos márgenes de error respecto a la realidad.

Para dicho fin utilizaron una idea desarrollada por el doctor García Naumis presentada en el artículo Energy Landscape and Rigidity aparecido en la revista Physical Review B de 2005, en el que describió el proceso por el que varían las propiedades térmicas y mecánicas de formadores de vidrios en términos de composición química. Su fórmula se conoce en la literatura científica con el nombre de “entropía de Naumis”.

Así, los estudios de este equipo están tan a la vanguardia que coinciden con las líneas de investigación reconocidas con el Premio Nobel de Física 2010 (por los novedosos experimentos con el grafeno en dos dimensiones) y de 2016 (por los descubrimientos teóricos de las transiciones de fases topológicas y las fases topológicas de la materia), así como con el Premio Nobel de Química 2011 (por el descubrimiento de los cuasicristales).

El tema de vidrios y materiales bidimensionales que trabaja su grupo también es de frontera, muestra de ello es que se les ha encargado hacer artículos de revisión invitados “y se nos ha pagado por escribirlos, sobre todo en el tema de grafeno en lo que le llaman electrónica de materiales deformados, donde las deformaciones mecánicas van cambiando sus propiedades electrónicas y ópticas, en esos temas tenemos bastante empuje”.

Con el paso del tiempo, reconoció el investigador, hemos ido agregando nuevos estudios, no hemos abandonado ninguna línea de investigación, siempre vamos agregando cosas nuevas, “en ese sentido son muy importantes los estudiantes, con quienes nos aventuramos en nuevos temas, porque los estudios los hacemos con ellos, con alumnos muy brillantes y eso nos permite seguir avanzando, es un trabajo de grupo”.

Medalla Marcos Moshinsky
La Medalla Marcos Moshinsky se otorga anualmente desde 1993 por el IFUNAM a un especialista de física teórica que haya contribuido al desarrollo de este campo en México a través de sus investigaciones o trabajos originales.

Marcos Moshinsky, quien fue miembro fundador de la Academia Mexicana de Ciencias, fue pionero y formador de varias generaciones de físicos, fundador de escuelas y academias; es reconocido como uno de los científicos más influyentes en la historia de México.

Elizabeth Ruiz Jaimes.