Tesis de doctorado

Obtiene académico Premio Weizmann en ciencias exactas

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Se trata de Maurice Oliva Leyva, graduado del posgrado en Ciencias Físicas en el Instituto de Física

Laura Romero, 20 de abril de 2017

Foto: Fernando Velázquez.

Por su tesis doctoral, Maurice Oliva Leyva, graduado del posgrado en Ciencias Físicas en el Instituto de Física, obtuvo el Premio Weizmann 2016, 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 textos premiados, el jurado tomó en cuenta su originalidad, rigor académico e importancia científica.

El trabajo ganador en ciencias exactas, de Oliva Leyva, actual investigador posdoctoral en el Instituto de Investigaciones en Materiales, fue “Hamiltoniano efectivo de Dirac para el grafeno deformado: propiedades electrónicas y ópticas”, que desarrolló bajo la asesoría de Gerardo García Naumis, investigador del Instituto de Física.

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

El grafeno es extremadamente delgado y resistente que, como conductor de la 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, expuso 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; el grafeno tiene una cuota de deformación del orden de 20 por ciento, y eso da la posibilidad de modificar sus propiedades en un rango más amplio. De ahí proviene el interés por estudiar el grafeno deformado, añadió Maurice Oliva.

Ecuación modificada

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 alterar. “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 las propiedades, entre ellas, electrónicas y ópticas; la tesis de Maurice consistió en detallar 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 altera, ¿cómo cambia 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 alteran las propiedades ante una deformación uniforme, igual en todo el grafeno.

El grafeno sin deformar se considera un material isotrópico, es decir, que en todas las direcciones se comporta de la misma manera. Al deformarlo se vuelve anisotrópico y sus atributos cambian: si se estira el material en una dirección, disminuye la conductividad en esa misma dirección. Así, las propiedades, en este caso ópticas y electrónicas, se modulan, y pueden variar al punto de que uno puede sintonizarlas, precisó el científico.

Potencial en la industria

Al respecto, refirió que actualmente hay una gran actividad de investigación para llevar a este material del laboratorio a la industria tecnológica. Justo una de las metas es tomar ventaja de las peculiaridades del grafeno deformado y aprovechar su potencial. Por ejemplo, cuando se le hace incidir luz, la transmitancia –o 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 trabajo es totalmente teórico, aunque está relacionado y explica resultados experimentales”.

Oliva Leyva 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 también de química y matemáticas”.

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.