Por: Redacción

Por su tesis doctoral, Maurice Oliva Leyva, graduado del posgrado en Ciencias Físicas en el Instituto de Física de la UNAM, obtuvo el Premio Weizmann 2016, galardón que otorga la Academia Mexicana de Ciencias con el patrocinio de la Asociación Mexicana de Amigos del Instituto Weizmann de Ciencias.

Desde 1986 el galardón reconoce a las mejores tesis de doctorado realizadas en México por investigadores menores de 35 años, en el caso de hombres, y menores de 38, en mujeres. Se otorga en las áreas de Ciencias Exactas y Ciencias Naturales y, a partir de 2001, en Ingeniería y Tecnología.

Para la selección de los trabajos premiados, el jurado tomó en cuenta la originalidad, rigor académico e importancia científica de los mismos.

La tesis ganadora en la categoría de Ciencias Exactas, de Oliva Leyva, actual investigador posdoctoral en el Instituto de Investigaciones en Materiales (IIM), fue “Hamiltoniano efectivo de Dirac para el grafeno deformado: propiedades electrónicas y ópticas”, que realizó bajo la asesoría de Gerardo García Naumis, investigador del IF.

De origen cubano y naturalizado mexicano en febrero pasado, explicó que el grafeno, el primer material bidimensional que se logró obtener de manera experimental en laboratorio, es un arreglo en dos dimensiones de átomos de carbono dispuestos en una red hexagonal.

La obtención –en 2004– de una lámina de carbono de un átomo de grosor, y la demostración de que el material en una configuración plana tiene propiedades extraordinarias originadas en el mundo de la física cuántica, les valió a sus descubridores, Andre Geim y Konstantin Novoselov, de la Universidad de Mánchester, el Premio Nobel de Física en 2010.

El grafeno es un material extremadamente delgado y resistente que, como conductor de electricidad, se comporta como el cobre, y como conductor de calor supera a cualquier otro material conocido. Es casi completamente transparente y tan denso que ni siquiera el helio, el átomo de gas más pequeño, puede atravesarlo, explicó en su momento la Fundación Nobel.

El silicio, material por excelencia de la industria electrónica, se puede deformar en sólo tres por ciento y con ello variar convenientemente sus propiedades electrónicas. Sin embargo, el grafeno tiene una cuota de deformación del orden del 20 por ciento, y eso da la posibilidad de modificar sus propiedades en un rango más amplio. De ahí proviene el interés por estudiar al grafeno deformado, añadió Maurice Oliva.

El egresado de la licenciatura y la maestría en la Facultad de Física de la Universidad de La Habana mencionó que en el grafeno no deformado la red cristalina es hexagonal y los átomos guardan cierta distancia; pero sometido a tensiones mecánicas, por ejemplo, esa red se puede deformar. “Uno logra sacarlo de su estado en equilibrio y su estructura cristalina cambia, y a eso le llamamos grafeno deformado”. En él también se modifican propiedades, entre ellas, las electrónicas y ópticas. La tesis de Maurice consistió en explicar cómo ocurre.

“Sabíamos que para grafeno no deformado los portadores de carga de baja energía se comportan como partículas relativistas y se describen por una ecuación cuántica de Dirac, pero cuando el material se deforma ¿cómo se modificaría esa ecuación?”.

El joven científico, junto a Gerardo G. Naumis, desarrolló así una nueva ecuación mecanocuántica para el grafeno deformado. En primera instancia había que estudiar cómo se modifican las propiedades ante una deformación “uniforme”, igual en todo el grafeno.

Pero un problema aún más complejo es cuando las deformaciones son diferentes en distintos puntos del material. Así, la ecuación de Oliva Leyva toma en cuenta la variación de la deformación de acuerdo con la posición.

El grafeno sin deformar se considera un material isotrópico, es decir, que en todas las direcciones se comporta de la misma manera. Pero al deformarlo se vuelve anisotrópico y sus propiedades cambian: si se estira en una dirección disminuye la conductividad en esa misma dirección.

Así, las propiedades –en este caso ópticas y electrónicas– se modulan y varían, al punto de que uno puede sintonizarlas, precisó el científico.

Al respecto, refirió que actualmente existe una intensa actividad de investigación para llevar a este material del laboratorio a la industria. Una de las metas es tomar ventaja de sus propiedades y aprovechar su potencial. Por ejemplo, cuando se le hace incidir luz la transmitancia –cantidad de energía que atraviesa el material– se ve modulada por la propia deformación. Eso se podría utilizar en sensores.

El grafeno bajo deformación es todo un campo de estudio y “nuestra investigación es una contribución que complementa a las del resto de la comunidad científica. Mi aportación es teórica, aunque está relacionada y explica resultados experimentales”.

Con trabajos publicados en Physical Review B y 2D Materials, entre otras revistas, el también ganador de la Medalla Juan Manuel Lozano Mejía, que otorga anualmente el IF a la mejor tesis de doctorado, dijo que para él es una grata sorpresa ganar el Premio Weizmann, porque compitió con otros trabajos de excelencia, “tan meritorios como el mío, y no sólo del área de física, sino de química y matemáticas. Era muy difícil ganar y estoy muy contento”.

Luego de concluir su posdoctorado en el IIM, bajo la asesoría de Chumin Wang, “quiero retribuir lo que México ha invertido en mi formación, haciendo ciencia en alguna institución mexicana (ojalá fuera en la UNAM, donde siempre he recibido mucho apoyo), y también contribuir a la formación de otros investigadores mediante la docencia”.

Al respecto, apuntó que formó parte del claustro de profesores del Departamento de Física Teórica de la Universidad de La Habana, de 2007 hasta 2012, cuando vino definitivamente a México, donde ya ha formado una familia.