lunes, 31 de julio de 2017

Entrevista a Ranga Dias



Oscar Varela y Ranga Dias
Llevaba ya un buen rato de aquella radiante mañana de primavera esperando a Ranga Dias en mi oficina del Departamento de Física de Utah State University (USU). Había invitado a Ranga a dar el coloquio semanal y, aprovechando la ocasión, le propuse hacer esta entrevista. Mientras esperaba, repasaba las notas que Juan Angel Sans, nuestro compañero de la Física del Grel especialista en altas presiones, me había pasado para la entrevista. Era realmente un momento muy emocionante. No veía a Ranga desde que terminara mi postdoc en Harvard hacía más de un año y, en ese intervalo, Ranga había publicado un bombazo de artículo en Science junto a su supervisor, Ike Silvera. En ese artículo, Silvera y Dias afirmaban haber logrado un auténtico hito en física de la materia condensada: la largamente buscada fase sólida y metálica del hidrógeno. El llamado por muchos Santo Grial de esta área de la física, cuyo descubrimiento, de confirmarse de forma independiente, está necesariamente llamado a recibir los más altos galardones en Ciencia (entrada de Juan Ángel Sans sobre el tema). 

Finalmente Ranga llamó a mi puerta, vestido impecablemente con una elegante americana y relucientes zapatos marrones. Le propuse dar una vuelta en coche por el cañón de Logan, el impresionante desfiladero de las Rocosas en cuya desembocadura se sitúa USU. Nos pusimos al corriente acerca de amigos comunes y família, y me contó que el paisaje le recordaba el de la relativamente cercana, para estándares norteamericanos, Washington State University, en la que realizó el doctorado. En definitiva, me reencontré con un Ranga exultante y feliz por su importante descubrimiento. Una felicidad sin embargo exenta, quizá para mi sorpresa, del menor atisbo de arrogancia y llena de la sincera humildad con que lo recordaba.


Pasadas unas semanas de nuestro encuentro, publicamos ahora en la Física del Grel aquella entrevista, la primera a Ranga Dias en español. En este intervalo, después de los comentarios de los grupos del Geophysical Lab y de Eremets (entrada de Juan Ángel Sans al respecto), han aparecido otros dos comments sobre la fragilidad de los datos presentados por Dias y Silvera. Estos nuevos trabajos procedentes de los grupos de Loubeyre en Paris y Gregoryanz (el archienemigo de Silvera), con su grupo dividido entre China y Escocia, ponían de manifiesto los recelos suscitados. Loubeyre incidía en los defectos señalados por Gontcharov y Eremets en sus comments; sin embargo Gregoryanz destacaba que estaba convencido que ni siquiera hay hidrógeno dentro de la celda de yunques de diamante, ya que no se mostraba ningún espectro de transmitancia o reflectancia cuando el hidrógeno es semiconductor, lo que validaría el cambio de tendencia de los resultados mostrados a 495 GPa, cuando el hidrógeno es metálico. La falta de esta medida de contraste junto a no tener imágenes de la muestra a más bajas presiones, hace sospechar a Gregoryanz y su grupo que la junta metálica se ha cerrado y que lo que se está midiendo es un metal, pero no proveniente del hidrógeno. También muestra su escepticismo acerca de la presión alcanzada en el trabajo de Dias y Silvera. 


Pero ellos no se iban a quedar callados, y ya se ha publicado el contraataque de Dias y Silvera en el que intentan resolver todas las dudas planteadas por todos sus críticos. Pero mejor que leer sus explicaciones, ¿Por qué no le preguntamos directamente a Dias, y que nos aclare todas las dudas?



Oscar Varela: Es un placer tenerte aquí en USU. Empecemos con alguna generalidad. ¿Qué tal es ser postdoc en Harvard?

Ranga Dias: Antes que nada, muchas gracias por la invitación a venir a USU. Es genial estar aquí. Es un campus muy agradable. En cuanto a tu pregunta, Harvard es un sitio muy interesante, intenso y lleno de gente intimidatoria, como mi supervisor. 

OV: ¿Es eso cierto?

RD: Es su manera de actuar. Te habla desde muy cerca y es una persona muy corpulenta. En todo caso, estoy aprendiendo mucho. Ya lo hice durante mi doctorado, pero ahora trabajar con Ike (Isaac Silvera) en Harvard es una gran experiencia. Realmente aprendes por su modo de trabajar: cuestionándote cómo vas a hacer tal o cual cosa, pidiéndote que lo escribas para entenderlo, etc. Es en ese sentido que es intimidatorio. Su método te invita a leer más y a entender las cosas mejor. A la vez, es muy sistemático y metódico, y muy paciente. Esas son las cosas que más he aprendido de él: ser sistemático, metódico y paciente. 



Ranga Dias e Isaac Silvera

OV: Esas son buenas cualidades para un físico experimental.

RD: Efectivamente. Ike tiene muchos años de experiencia y realmente sabe de lo que habla. He aprendido mucho de él.


OV: La Física del Grel es nuestro blog en español. A nuestros lectores les interesara conocer el origen español de tu apellido, Dias. 

RD: Por supuesto, pero no conozco bien los detalles. Yo soy de Sri Lanka. Mi abuelo materno era australiano y, del lado de mi padre, mi tatarabuelo era de origen español. Mi padre y mi abuelo ya han fallecido, así que lamentablemente no he podido indagar mucho más. 

OV: ¿Así que la influencia española es particular a tu familia, y no algo generalizado en Sri Lanka?
RD: En realidad sí que hay una ligera influencia española en general, pero efectivamente, esta conexión particular es algo propio de mi familia. En el certificado de nacimiento de mi padre figura su apellido como Diaz, con z según la manera tradicional española. Pero después, en algún momento y por algún motivo, hubo una modificación del apellido. Es un episodio del que tengo que investigar más.

OV: Acerca de vuestro descubrimiento, Ike ha estado trabajando en ello durante muchos años. ¿Cuándo te viste involucrado en la investigación?

RD: Durante el doctorado, adquirí experiencia en física de altas presiones e incluso anteriormente he estado interesado en superconductividad. Mi sueño es obtener superconductividad a temperatura ambiente. Ya de niño me fascinaba este tema. También de niño desarrolle gran afición por la Astronomía. Con tan solo ocho años me hice socio de la Sociedad Astronómica de Sri Lanka. 

OV: Afición que continuó durante la carrera en Física.

RD: Así es. En la Universidad, en Sri Lanka, había un instituto especializado y los estudiantes de los últimos cursos nos reuníamos allí los sábados para hablar de astronomía y física en general. Es en esas reuniones donde oí mencionar por primera vez la superconductividad. En aquellos momentos no tenía demasiada idea del asunto, pero me parecía fascinante. Después, durante el doctorado en la Universidad Estatal de Washington, en EE.UU., leí más sobre superconductores a temperatura ambiente. Le pregunté a mi supervisor si podríamos estudiar el hidrógeno, pero me dijo que era muy difícil y que necesitaríamos un gran presupuesto en diamantes. No estaba por la labor. Pero después empecé a trabajar con Ike en Harvard, hace ahora tres años.

OV: ¿Así que vienes trabajando en este experimento desde hace tres años?
RD: Eso es, pero los conocimientos previos necesarios los tengo desde el doctorado. Es por eso que me fue fácil coger el ritmo del experimento.

OV: Una pregunta un tanto impertinente: ¿Cuántos diamantes rompiste con las altas presiones antes de realizar el descubrimiento?

RD: Te sorprenderá, pero realmente tengo una tasa de éxito del 100%. Cada vez que realizamos el experimento, íbamos algo más allá de 300 GPa (GigaPascal), un récord en el laboratorio de Ike. Y los diamantes resistían, incluso el par de veces que llegamos hasta 400 GPa. Lo más importante es que en cada experimento descubríamos algo nuevo, eso es algo que puedo decir claramente: una nueva fase, el hidrógeno negro, las nuevas fases HD (Alta Densidad), hidrógeno metálico…

OV: ¿Se corresponde cada uno de esos experimentos con una publicación? ¿O con varias?

RD: El paper sobre el hidrógeno metálico en realidad se basa en tres runs. Pero la fase brillante tiene un solo run. La fase HD la hicimos con un solo run, pero tardamos cuatro meses en obtenerla. Además de todo eso, también escribimos algún artículo de review.

OV: Después de trabajar en este Proyecto durante tres años, al darte cuenta de que habías creado hidrógeno metálico en el laboratorio, ¿cuál fue to primera reacción? ¿Estabas solo en el laboratorio o con Ike?

RD: Teníamos muchas cosas, una nueva fase negra del hidrógeno que parecía correcta, pero decidí aumentar la presión. Era la una de la madrugada, yo apretaba más y más fuerte mientras miraba la muestra por el microscopio y, en un determinado momento, la muestra comenzó gradualmente a resplandecer. Inmediatamente pensé que era algo importante, y me asusté al pensar que el diamante se podía romper. Entonces llamé a Ike.

OV: ¿A la una de la mañana?

RD: Si, a la una de la mañana. Ya me había dicho que si veía algo importante en el laboratorio, que lo llamara sin importar la hora. Le dije que no haría nada más hasta que él llegara. A primera hora de la mañana siguiente, y un estado de gran excitación, Ike revisó todo. Me preguntó detalles técnicos. Hablando con Ike es cuando me di cuenta de lo que acababa de suceder: lo habíamos logrado. Me dijo que ahora que lo teníamos era hora de demostrar sus propiedades, así que trabajamos sin descanso durante dos o tres semanas para obtener todas las medidas relevantes.

OV: ¿Trabajasteis en secreto?

RD: No, somos un grupo pequeño y todo el mundo estaba al tanto y emocionado. Pero tan solo Ike y yo realizábamos las medidas. Trabajamos hasta tarde, comprobándolo todo. Fue fantástico, y muy intenso. Teníamos un miedo terrible a romper la muestra antes de terminar todas las medidas, de modo que al obtener el primer set de datos respiramos aliviados. Entonces, por las noches ya en casa, me preguntaba si todo lo que estaba pasando era real. Me surgían dudas: ¿quizá estábamos pasando algo por alto que lo estropeaba todo? Pero a la mañana siguiente en el laboratorio comprobaba que los temores eran infundados y que todo era correcto. Una vez todo hubo terminado me sentí aliviado y tremendamente feliz de haber tenido la suerte de formar parte de esto, y por Ike. Realmente se lo merece.

OV: Ike ha estado buscando hidrógeno metálico durante mucho tiempo.

RD: Durante 45 años. Conoce el área muy bien, y buscarlo junto a él fue para mí un privilegio.

OV: ¿Pensaste en algún momento, hace tres años cuando empezaste, que llegarías a gritar Eureka?

RD: En el fondo sí, sabía que lo podía hacer, pero me preocupaba exteriorizarlo. Era optimista, puesto que siempre pensé que el experimento era factible. Nunca me planteé abandonar. Si no lo hubiera hecho con Ike, hubiera sido mi próximo proyecto independiente. En 2011 el grupo de Eremets del Instituto Max Planck publicó un artículo sobre hidrógeno metálico sólido, donde decía que se podía llegar a hacer. En realidad, no usaban el adjetivo “metálico” para referirse a la fase de manera explícita, solo “conductor”. Pero de todos modos pensé que me tendría que apresurar si no quería que me reventaran la exclusiva.

OV: ¿Cómo cambia tu descubrimiento el diagrama de fases del hidrógeno, tal como lo conocemos?

RD: Las tres primeras fases han sido estudiadas exhaustivamente durante los últimos 25 años. Se pensó que sería la fase 3 la que pasara a metálica, aunque también podría haber otras transiciones. Más recientemente, en 2012, se descubrió la fase 4 a temperatura ambiente. Tras 25 años sin pasar nada realmente, este descubrimiento fue algo muy emocionante que dotó al campo, de nuevo, de gran actividad. Con la nueva fase metálica que ahora hemos encontrado, el diagrama de fases del hidrógeno ha sido completado. Las primeras tres fases fueron muy observadas tanto experimentalmente como de forma teórica. El resto del diagrama de fases se basaba solo en argumentos teóricos. Pero ahora todo se junta en una hermosa imagen del diagrama de fases completo. El nuevo descubrimiento también proporciona la piedra angular para posteriores desarrollos teóricos más rigurosos. Creo que es importante que teóricos y experimentales trabajen de forma coordinada. La nueva fase está en muy buen acuerdo con las predicciones teóricas de la presión de metalización. 



OV: La predicción original de Wigner y Huntington obtenía correctamente la densidad, pero no la presión. 

RD: En realidad, lo que más importa es la densidad. La presión es solo el instrumento para obtener una densidad dada. En tiempos de Wigner y Huntington, cosas como la energía del punto cero y la anharmonicidad no se entendían bien. Además, usaron una ecuación de estado incorrecta. Su modelo, sin embargo, era esencialmente correcto. Tan solo daba una predicción para la presión equivocada. 

OV: El hidrógeno metálico sólido se ha venido en llamar el Santo Grial de la física de altas presiones. Muchos grupos de investigación competían por realizar este descubrimiento. Por tanto, quizá no es sorprendente que vuestro resultado haya generado tanta polémica. ¿Esperabas tanta controversia?

RD: Desde luego. Esperaba la reacción de Eugene Gregoryanz en la línea en que lo hizo, era solo cuestión de tiempo. De Eremets esperaba algo también, pero quizá más basado en argumentos científicos, no en insultos. Creo que fue una respuesta muy personal, muy emocional. En la comunidad científica es bueno tener opiniones fuertes, tener carácter y ser vehemente. No tienes por qué estar de acuerdo con todo pero siempre circunscrito al área científica. Así es como conseguimos avanzar en Ciencia. 

OV: Y así es como debería ser, informando de las investigaciones en artículos y conferencias. Por ejemplo, la semana pasada hubo una reunión en el APS (Advance Photon Source). ¿Cómo fue?

RD: Sí, di una charla a la que vino mucha gente. Estaba abarrotado. Fue realmente bien. Con dos o tres muy buenas preguntas, fue una gran reunión científica. Me atrevería a decir que la mayor parte de la comunidad científica, no solo circunscrita al campo de las altas presiones, es en general optimista con nuestro descubrimiento. Pienso que demandan poder reproducir el experimento y mostrarlo a la gente que no es tan optimista. Esto es lo que tenemos que hacer y no enfadarnos sobre las cosas que se dicen.

OV: Mencionaste la reproducibilidad de vuestros resultados como un punto importante que usan tus competidores. ¿Por qué es tan importante? Porque en principio, cualquier grupo podría repetir el experimento usando las mismas técnicas, ¿no?

RD: Realmente no lo sé, todo está ahí. Yo diría que la gente del Max Planck son los que han estado más cerca de hacerlo pero estaría más que feliz de darles todo. Quiero decir que pusimos toda la información en el artículo pero si alguien necesita más información, estaría feliz de responderles porque así es como debería ser. Así que soy muy optimista. 

OV: Ahora podemos pasar a profundizar en la parte técnica. Hay controversia en las técnicas que vosotros habéis usado. ¿Por qué no usasteis difracción de rayos X, siendo una técnica que daña menos los diamantes?

RD: Con los rayos X solo puedes ver la estructura y el hidrógeno es un elemento con bajo Z (número atómico). Siendo la intensidad de dispersión proporcional al número atómico, la señal obtenida sería muy pobre. Así pues, no puedes obtener difracción de rayos X de hidrógeno. Si hubiera sido fácil, lo hubiésemos intentado con toda seguridad. Así pues, Raman y la IR reflectividad eran las técnicas más sencillas para poder extraer señal del hidrógeno, aunque se llegase a la rotura de los diamantes. 

OV: Una de las principales preocupaciones de los críticos es la presión a la que se ha llegado, argumentando que quizás la presión a la que llegasteis en el artículo no es realmente la que alcanzáis

RD: Nosotros no decimos que a 495 GPa va a ser metálico. Si son 25 o 50 GPa más o menos no nos importa. Lo importante es ver la transición; la presión realmente no importa porque nosotros no decimos que a esta presión exacta sucede la metalización. La incertidumbre en la presión no importa realmente. En estos términos, no creo que sea un problema porque mostramos la transición. Por otro lado, la gente está discutiendo que por ejemplo, un grupo ha recalculado nuestra presión diciendo que es alrededor de 382 GPa, vamos a decir 400 GPa de media. Eremets dice que 400 GPa y Paul Loubeyre de Francia dice que es 380 GPa y el “GeoPhysical Lab” en Washington dice que tenemos 300 GPa. Ni ellos mismos se ponen de acuerdo con la presión. 

OV: Por lo que entendí, hay debate sobre cómo se midió la presión con el pico Raman del diamante.

RD: Esta es la parte que la gente ha malinterpretado. Nosotros tomamos el espectro Raman del diamante, que todo el mundo usa para estimar la presión. Es decir, que tenemos el espectro experimental del Raman e indica que estamos a 495 GPa. El problema es como la gente calibra este fonón del diamante con diferentes escalas: Eremets usa una, Paul Loubeyre otra diferente, al igual que el Geophysical Lab. Todo el mundo usa escalas diferentes y por tanto, es lógico conseguir presiones diferentes. Pero lo importante es el espectro Raman en sí. Al medir dicho espectro y representar la intensidad vs la frecuencia vemos un pico que es el pico sin estrés del diamante. Da igual pues la escala que uses, lo importante es alcanzar esta frecuencia para poder decir si corresponde a la presión que hemos dicho nosotros o no. Nadie, excepto nosotros, ha conseguido esta frecuencia. Hubo gente que se quedó cerca, como Eremets. Si todo el mundo usara la misma escala de calibración frecuencia-presión, todos estarían de acuerdo y nosotros tendríamos la máxima presión porque hemos conseguido medir el fonón Raman del diamante a la frecuencia más alta. Por otro lado, algunas personas dicen “pero, ¿cómo sabéis que esa señal está viniendo del diamante?

OV: Sí, esa es otra de las críticas que se hacen a vuestro trabajo.

RD: Nosotros enfocamos el láser a la superficie exterior del diamante y después en la culata interior. Así puedes ver como ese pico desaparece en ese rango de frecuencias. Si viniese de otro sitio podrías verlo pero los diamantes siempre están ahí. Así, mostramos en el artículo que cuando enfocas a la culata del diamante aparece el pico Raman a la máxima frecuencia y no cuando enfocas a su tabla. Por otro lado, esto no puede ser considerado fluorescencia, ya que los picos de fluorescencia son muy estrechos y afilados. Además, cuando enfocas el láser a la culata del diamante se ve un doblete. Una de las razones por la que probablemente se ve ese doblete es el pequeño gradiente de presión, también característico de estos sistemas y que te indican que son picos reales. Cuánto mayor sea la diferencia de presión, mayor será la diferencia entre estos dos picos. Estas divisiones pueden venir de picos degenerados o cosas así. En resumen, nosotros no tenemos duda de que el pico Raman que medimos es real.

OV: Bueno, ahora viene la siguiente cuestión que concierne a la alúmina. La alúmina es la capa que vosotros pusisteis en la culata de los diamantes para evitar la difusión del hidrógeno. ¿Cómo sabéis que no fue la alúmina la que se volvió metálica y la que visteis brillar?

RD: Tenemos experiencia en cómo la alúmina se comporta a 400 GPa y altas temperaturas e incluso a bajas temperaturas, y con ninguna de esas condiciones se vuelve metal. Algunos cálculos predicen que puede llegar a ser metal a 900 GPa y a altas temperaturas, así que son condiciones muy alejadas del rango que estamos usando. Por otro lado, si la alúmina se volviese metálica, no podríamos ver una parte oscura (junta) y otra brillante (muestra). Se debería ver todo igual. El área completa debería ser uniforme o quizás un poco más difusa o reflectante de forma gradual. Así pues, no podríamos ver los detalles. Por otro lado, el espesor de la capa es de unos pocos nanómetros (10-20 nm) y siendo el coeficiente de absorción de la alúmina, según cálculos teóricos, de 67nm-1 cuando se vuelve metal, lo que es más largo que el tamaño de la capa, la luz podría atravesarla y parecería transpartente al ser más larga que el tamaño de la capa. Así se podría ver el hidrógeno negro o transparente, si ese fuese el caso.

OV: ¿Y si la alúmina reaccionase con el hidrógeno creando un nuevo compuesto? ¿Cómo sabéis que esto no ha pasado?

RD: Por los espectros Raman. Si tuviésemos alguna reacción, la veríamos por el cambio del espectro Raman y podríamos ver algunos picos correspondientes al hidruro de aluminio. Por otro lado, si eso pasara, serían solo unos pocos nanómetros de lo que estamos hablando. Otra vez es el pequeño tamaño de la capa de alúmina comparada con la profundidad de penetración lo que haría dicha capa transparente. Así, hemos planeado un experimento para ser justos con todos y poder discutirlo científicamente sin problemas. Tenemos varios experimentos preparados. 

OV: ¿Crees que será útil?

RD: Sí, y también usaremos otras técnicas para que la gente lo vea.

OV: Para finalizar el apartado de objeciones técnicas, Gontcharov y Struzhkin se quejaron de que las correcciones sobre la reflectancia estaban mal y que los valores no son los que vosotros habéis reportado.

RD: En el artículo tenemos los datos en bruto, antes de las correcciones, y el problema es la existencia de otro artículo que usa unas correcciones diferentes. Este es el artículo de Vora, que dice que el gap del diamante se cierra bajo presión. Nosotros lo hemos discutido en profundidad, y averiguamos leyendo e informándonos al respecto que el artículo en sí mismo tiene algunos problemas. Empezando porque dice que incluso a 200 GPa el gap del diamante se cierra por lo que no pasaría nada de luz por él, lo que no se ha observado por ninguno de los investigadores que hacen estos experimentos en diamantes sino lo contrario, el diamante permanece transparente a 200 GPa. Por otro lado, usan la reflectancia metálica del molibdeno y otros metales, lo que es en sí mismo un problema a altas presiones ya que la ecuación de estado que se usaba en ese momento estaba anticuada y necesitaba algunas correcciones. En ese artículo que comentamos, la densidad reportada por sí misma presentaba algunos problemas. Así, hubo otro artículo publicado por la gente del SLAC (National Acceleartor Laboratory) en Stanford en el que ven que el gap del diamante se está abriendo, lo contrario a lo que Vora publicó. La solución a esto pasa pues por olvidarte de las correcciones y quedarte con los datos en bruto, porque las condiciones del artículo de Vora no son las mismas que en nuestros experimentos. El problema recae en extrapolar las medidas de otros.



OV: Así que el fundamento es que las condiciones de vuestro experimento no son las mismas que las reportadas en otros artículos como el de Vora.
RD: Sí, ellos usan diamantes diferentes; además son diamantes de no tan alta calidad y la ecuación de estado que usan es un poco anticuada, asumiendo que la reflectancia es la misma. Existen pues muchos problemas.

OV: Así que tú crees que esos argumentos han hecho cambiar de opinión a los críticos. ¿Se han convencido de vuestros resultados?

RD: Sí. Estuvimos hablando de cómo cambia el valor absoluto. Lo mejor sería usar exactamente nuestras mismas condiciones experimentales y medir la absorción de los diamantes. Nuestro siguiente experimento está planeado poniendo alúmina y apretarla. Haciendo esto podremos ver la absorción de los diamantes. Así esto resolverá todas estas críticas. Estamos seguros que esa alúmina no tiene nada que ver con la absorción del diamante, pero la gente podrá ver directamente con datos lo que está pasando. 

OV: Es muy desafortunado haber perdido la muestra, ¿habéis planeado hacer más experimentos para reproducir vuestros resultados? 

RD: Sí, tenemos muchos experimentos planeados. Llevaremos a cabo experimentos de conductividad, comprimiremos la alúmina, mediremos la absorción de los diamantes en nuestras condiciones y resolveremos todas esas críticas. Pero eso no cambia las conclusiones del artículo, solo dará a la gente una reconfirmación. Creo que llegados a este punto deberíamos hacerlo, es bueno para todo el mundo. 

OV: Ya veo, es una época muy excitante en Harvard, en el laboratorio de Silvera ¿No es así?

RD: Sí, si.

OV: Y ¿Qué tal en Sri Lanka?

RD: Ha sido un bombazo. Tengo muchas llamadas de teléfono de medios nacionales, muchísimas entrevistas, algunas de ellas telefónicas, por Skype etc. 

OV: ¿Eres famoso ahora?

RD: No lo sé, pero mi madre ha recibido muchas llamadas preguntando por mí.

OV: ¿Con preguntas sobre presiones e hidrógeno?

RD: Le dije que diese mis datos personales para localizarme, de modo que no tuviese que responder a esas preguntas. La noticia salió en periódicos y televisiones en Sri Lanka, por todos lados. 

OV: Supongo que aún no has ido en persona a Sri Lanka desde que esto pasó.

RD: No, aún no. Sé que va a ser intenso. También quieren conocer detalles acerca de estas controversias que se han generado. Intentaré resolverlas, especialmente en mi universidad en Colombo.

OV: Muchas gracias por tu tiempo. Es un verdadero placer que hayas venido a USU y hayamos podido tener esta conversación, tras la gran charla que has dado. Decirte que estoy muy feliz de que hayas aceptado hablar para nosotros. Es una entrevista para un blog dedicado a la Física que se llama en español La Física del Grel. Fue creado por alguno amigos de la licenciatura para hablar sobre las corrientes actuales de la Física y uno de nosotros, Juan Angel Sans, trabaja en tu campo de trabajo, habiendo escrito ya varias entradas en nuestro blog sobre el tema (aquí y aquí)

RD: Muchas gracias por invitarme y agradezco mucho el poder estar aquí. Muchas gracias.


Texto de Juan Ángel Sans y Óscar Varela. Agradecer a Ranga Dias su accesibilidad y simpatía. 

miércoles, 12 de julio de 2017

El acoplamiento de la electricidad y el magnetismo en materiales funcionales: ¿una vieja o joven pareja?


Los fenómenos en los que interviene la interacción electromagnética han despertado la curiosidad humana desde los comienzos de la ciencia.  Ya en el S. VI a.c. los griegos observaron que tras friccionar una resina como el ámbar esta atraía a algunos materiales livianos, y también cómo materiales como el hierro eran atraídos por otros, como es el caso de la magnetita, el imán natural más antiguamente conocido.  Exceptuando el descubrimiento de la brújula, pocos progresos significativos tuvieron lugar hasta comienzos del S. XIX, cuando Christian Oersted advirtió la desviación de una aguja imantada al ser colocada en dirección perpendicular a un conductor eléctrico. Trabajos posteriores de los científicos Ampère y Faraday dieron lugar al desarrollo de una sola teoría para describir los fenómenos eléctricos y magnéticos, mejorada y unificada por Maxwell en 1862 dando lugar a sus famosas ecuaciones.

En medios materiales aparecen fenómenos conocidos como la ferroelectridad y el ferromagnetismo.  Existe un claro paralelismo en el tratamiento formal de ambos, sin embargo, su origen microscópico es muy diferente (¡y además el Fe no tiene por qué estar involucrado en ellos!).  Los materiales en los que ambos fenómenos tienen lugar y se dan la mano son conocidos como materiales multiferroicos.  Por un lado, un material ferroeléctrico es aquel que posee una polarización eléctrica espontánea P, debido al desplazamiento colectivo de cationes y aniones que crean dipolos eléctricos (dos cargas de signo contrario separadas por una cierta distancia). Los dipolos eléctricos del material pueden alinearse y ser controlados por un campo eléctrico externo. La mayoría de ellos son óxidos de metales de transición aislantes, que presentan capas electrónicas d vacías en el metal de transición (región verde figura 1).  Por el contrario, un material magnético requiere de capas electrónicas semi-llenas (región morada figura 1) que dotan al material de una imanación neta M.  El alineamiento de los momentos magnéticos de espín puede redirigirse mediante campos magnéticos.

A pesar de que a priori ambos fenómenos aparenten ser excluyentes, hay casos en los que los grados de libertad eléctricos y magnéticos están acoplados. En tales materiales es posible controlar su respuesta eléctrica (P) y magnética (M) mediante campos magnéticos y eléctricos respectivamente y se dice que presentan acoplamiento magnetoeléctrico lineal (región azul en la figura 1).   El físico Pierre Curie fue el primero en predecir teóricamente el efecto magnetoeléctrico en medios materiales en 1894, pero no fue hasta 1960 cuando su conjetura fue demostrada experimentalmente por Astrov, que detectó por primera vez el efecto magnetoeléctrico en el óxido de Cromo, Cr2O3.  Con el objetivo de explotar las llamativas propiedades de estos materiales, a partir de la década de los 60 se han intentado buscar compuestos donde no sólo haya acoplamiento entre sus respuestas a campos externos, sino que además los ordenamientos ferroeléctrico y ferromagnético tengan lugar de manera espontánea.



Fig. 1. La unión de los ferroeléctricos (FE)  y los materiales magnéticamente ordenados son los multiferroicos (MF). Aquellos que además presentan acoplamiento magnetoeléctrico (ME) son multiferroicos magnetoeléctricos.



La simetría juega un papel fundamental en la aparición de un estado multiferroico. En un principio, se podría pensar que los multiferroicos son aquellos materiales cuyas propiedades físicas, estructurales y electrónicas, sean la suma de las de un material ferroeléctrico y un material magnético. Atendiendo a su simetría, encontramos 31 grupos magnéticos o de Shubnikov que permiten la polarización espontánea y otros 31 en los que es posible tener magnetización espontánea. De la intersección de ambos se obtienen 13 grupos. Sin embargo, dentro de estas 13 simetrías, se encuentran materiales que no son multiferroicos magnetoeléctricos.  En definitiva, el multiferroismo entraña varios factores competitivos bastante sutiles y entre otras muchas causas, las cuestiones clave que se plantean para entender la aparición del multiferroísmo es cómo es posible que el ordenamiento magnético provoque la ferroelectricidad y cuál es el papel de la frustración magnética en todo ello.

Desde las últimas dos décadas, el estudio y la búsqueda de materiales multiferroicos está siendo una de las cuestiones más atrayentes y desafiantes en física de la materia condensada [2].  El resurgimiento del estudio de estos materiales se explica por varios motivos: estos materiales son muy interesantes desde el punto de vista de la investigación fundamental, dado que los mecanismos por los que surge la multiferroicidad no se han esclarecido de una forma sistemática hasta el momento; por otro lado, abren un nuevo abanico de aplicaciones en espintrónica y almacenamiento magnetoeléctrico de la información. En particular, además de aunar las aplicaciones que tienen los materiales ferromagnéticos (como el almacenamiento de información en regiones de polarización magnética opuesta) y ferroeléctricos (como sensores, memorias RAM), los multiferroicos magnetoeléctricos ofrecen la posibilidad de diseñar memorias magnetoeléctricas. Este es el caso del BiFeO3, que es multiferroico a temperatura ambiente y permite la manipulación de su imanación mediante campos eléctricos, lo cual representa un paso fundamental en el control magnetoeléctrico de dispositivos en espintrónica [3]. Otras vías de investigación promueven la creación de dispositivos con cuatro estados lógicos (dos magnéticos y dos eléctricos), como es el caso de las uniones túnel en películas delgadas de La0.1Bi0.9MnO3 [4].

A pesar de que pueda parecer relativamente sencillo encontrar materiales con propiedades magnetoeléctricas acopladas, estamos aún lejos de dar con el multiferroico perfecto. La explicación podemos encontrarla en los dos multiferroicos más estudiados hasta el momento, que son el BiFeO3 y el TbMnO3 [5].  El punto a favor del primero es que presenta acoplamiento magnetoeléctrico a temperatura ambiente y el valor de polarización eléctrica es comparable al de un ferroeléctrico estándar.  Sin embargo, su imanación es muy débil, así que el punto flaco se encuentra en sus propiedades magnéticas.  El TbMnO3 al contrario presenta una buena respuesta magnética, pero a muy bajas temperaturas, y su polarización eléctrica es muy débil.  Es por ello que las últimas investigaciones apuntan hacia la aplicación de estímulos externos para tratar de mejorar las propiedades eléctricas y magnéticas y trasladarlas a temperatura ambiente.  Y todo ello se consigue gracias al constante avance en el control de parámetros como la presión o la tensión epitaxial en el caso de la fabricación de películas delgadas.  Por ejemplo, trabajos muy recientes en el TbMnO3 muestran una notable mejoría en sus propiedades eléctricas, bien al aplicar presión por encima de 4 GPa [6], o bien al ajustar la tensión epitaxial en la fabricación de películas delgadas [7].

La obtención de materiales multiferroicos en condiciones ambiente resulta muy interesante para aplicaciones tecnológicas. Por un lado, los materiales ferromagnéticos son el ingrediente básico en tecnología de sensores o en dispositivos de almacenamiento de información, como los discos duros que hay en nuestros ordenadores.  Por otra parte, los materiales ferroeléctricos suelen usarse en sistemas que puedan generar o detectar pequeñas deformaciones mecánicas, como los altavoces y los sensores de presión.  La utilidad más clara del acoplamiento de ambos fenómenos se manifiesta en el campo de la espintrónica, concretamente en la utilización de elementos de memoria multiferroicos, donde puede utilizarse un pulso de voltaje para controlar su estado ferroeléctrico (polarización eléctrica) y al mismo tiempo, a través un acoplamiento interno magnetoeléctrico, activar un estado de memoria ferromagnético que representa un bit de memoria.  La ventaja reside en utilizar pulsos de voltaje en lugar de corrientes eléctricas para controlar el estado de la memoria, ya que estos pulsos se transmiten más rápidamente y consumen menos potencia, lo cual evita tanto problemas de recalentamiento como de limitaciones en el tiempo de procesamiento de la información.

La investigación en el campo de los materiales magnetoeléctricos es y seguirá siendo en los próximos años un gran reto para la comunidad científica.  Gracias al mayor control en la fabricación de materiales y en la aplicación de estímulos externos como los campos magnéticos o la presión, esperamos que llegue el día en el que podamos dominar de manera precisa al viejo, ¡pero todavía fresco!, tándem magnetoeléctrico.

Texto de Vera Cuartero, investigadora en el European Synchrotron Radiation Facility de Grenoble. 



[1] D. N. Astrov, Sov. Phy. JETP 10, 708 (1960)
[2] N. A. Spaldin and M. Fiebig, Science 309, 391 (2005). N. A. Spaldin, S. W. Cheong and R. Ramesh, Phys. Today 63, 38 (2010).
[3] M. Bibes and A. Barthélémy, Nature Mat. 7, 425 (2008)
[4] M. Gajek, M. Bibes, S. Fusil, K. Bouzehouane, J. Fontcuberta, A. Barthélémy and A. Fert, Nature Mat. 6, 296 (2007).
[5] T. Kimura, T. Goto, H. Shintani, K. Ishizka, T. Arima and Y. Tokura. Nature (London) 426,  55 (2003).
[6] T. Aoyama et al., “Giant spin-driven ferroelectric polarization in TbMnO3 under high pressure” Nature Comm. 5, 4927 (2014).
[7] K. Shimamoto et al., “Tuning the multiferroic mechanisms of TbMnO3 by epitaxial strain” Scientific Reports 7, 44753 (2017).

jueves, 18 de mayo de 2017

Entrevista a Iván Agulló


Ocurrió una vez hace algunos años, en 2011, que un joven investigador español recién doctorado conseguía colocar su nombre donde ningún español lo había hecho antes: el número 1 de los premios que la Gravity Research Foundation otorga cada año desde 1949. Este premio lo habían obtenido antes científicos tan conocidos como Stephen W. Hawking o Roger Penrose, y más recientemente otros como Gerard ’t Hooft, Frank Wilczek y George Smoot, ganadores del premio Nobel en Física en 1999, 2004 y 2006, respectivamente. Este fue el primer gran premio de Iván Agulló Rodenas. Pero pronto vendrían otros más.

Hoy lo ha vuelto a hacer. Iván ha vuelto a ganar el número 1 de la Gravity Research Foundation en la edición de 2017. En esta ocasión, el trabajo premiado ha sido una colaboración en la que participan también el profesor José Navarro Salas (Pepe), de la Universidad de Valencia, y Adrián del Río Vega, quien está desarrollando su tesis bajo la dirección de Pepe. Iván, por cierto, también se doctoró en Valencia con Pepe como director.



Cuando éxitos de este calibre suceden (¡y más de una vez!), es momento de pensar en cómo ha podido llegar a ocurrir, en qué hay que potenciar para dar lugar a circunstancias propicias para que las ideas innovadoras surjan y el conocimiento avance: para que, en resumen, la ciencia de excelencia sea posible. Y sea posible aquí, que la puedas hacer tú, tu vecin@ o tus hij@s.

No profundizaré más en estas cuestiones, que deberían tratarse en detalle en otro lugar, pero os voy a dejar una entrevista que le hice a Iván el pasado mes de Abril cuando estuvo en Valencia participando en el Congreso Ibérico de Cosmología (IberiCOS) que, junto con el resto de miembros del grupo de Pepe y Adrián, tuve el placer de organizar con el apoyo del Departamento de Física Teórica de la Universidad de Valencia y el Instituto de Física Corpuscular (IFIC) del CSIC. 

Iván Agulló (izquierda) y Gonzalo Olmo (derecha)

La entrevista tiene algunas de las claves que permiten entender cómo un joven de familia sin tradición académica puede llegar a convertirse en un referente mundial y ejemplo a alcanzar para todos los que nos dedicamos a la ciencia en este país … y fuera de él.   


  • G: Cuéntanos, ¿dónde estás trabajando ahora mismo (lugar y puesto)?
  • I: Estoy en Louisiana State University (LSU), EEUU, y soy Assistant Professor.
  • G: El equivalente aquí sería profesor interino, ¿no?
  • Allí las plazas de profesor titular empiezan con un periodo inicial de 5 años, llamado tenure-track. Al finalizar, se revisan los méritos acumulados durante ese tiempo y, si son suficientes para los criterios de la universidad, se te promueve a permanente. Ahora estoy en mi cuarto año y mi idea es, si todo va bien, que la promoción llegue pronto.
  • G: ¿LSU es una universidad competente, internacionalmente reconocida? ¿Qué hay allí destacable?
  • I: Sí, lo es. De hecho allí está uno de los detectores de LIGO (el detector de ondas gravitacionales) y varios de los miembros de esta colaboración. En particular, la portavoz, Prof. Gabriela González, trabaja en mi departamento.
  • G: ¿Cómo llegaste hasta allí? Haznos un resumen breve.
  • I: Nací en Elche, Alicante. Mi familia era de origen humilde, y sin tradición universitaria. Tuve la suerte de dar con buenos profesores en bachiller, y me entusiasmó la física. Me trasladé a Valencia para estudiar la licenciatura en física, siempre apoyado económicamente por becas. De hecho, me hubiera sido mucho más complicado estudiar de otra manera. También con una beca FPU (Formación del Profesorado Universitario) hice el doctorado en la UV, y a los 4 años terminé mi tesis doctoral. Esa beca incluía financiación para estancias internacionales. Estas estancias fueron la clave para poner un pie en sitios relevantes. De importancia capital en mi formación fue mi director de tesis, Pepe Navarro, quien ha sido la persona que más ha influido en mi forma de ver la ciencia y pensar sobre ella. Sin él nunca hubiera llegado donde estoy.
  • G: Háblame del campo en el que estás trabajando.
  • I: Mi área de investigación está entre la gravedad y la mecánica cuántica. Mi tesis aquí en Valencia fue en temas de teoría cuántica de campos en espacios curvos, radiación Hawking (la radiación cuántica emitida por agujeros negros), y la última parte de mi tesis fue sobre efectos cuánticos en cosmología inflacionaria. Eso quizá fue lo que me abrió más puertas. En los últimos años hemos sido capaces de medir propiedades del universo con una precisión sin precedentes, y estas observaciones permiten poner a prueba teorías que hasta hace bien poco se creía imposible. Desde que terminé mi doctorado he trabajado mayoritariamente en la interfase entre gravedad y teoría cuántica, aplicada a cosmología.
  • G: En ese sentido, hablando de la teoría cuántica de campos en espacios curvos, ¿dónde hiciste tu primer postdoc y con quién?
  • I: Mi primer postdoc fue en la Universidad de Wisconsin-Milwaukee, con Leonard Parker. Y lo digo con alegría y honor, porque fue el padre de esta teoría. Su tesis doctoral estableció los cimientos de este nuevo campo, que luego ha dado grandes frutos. Llegué allí gracias a un miembro de mi grupo de investigación, Gonzalo Olmo (quizá te suene su nombre…), quien ya había trabajado con Parker. Los trabajos que hice de forma conjunta con Pepe Navarro, Gonzalo Olmo, y Parker fueron el origen de mi carrera.

Iván Agulló, Leonard Parker y Gonzalo Olmo

  • G: De algún modo Parker puso una semilla en ti, y tú la hiciste crecer, la explotaste. Así fue como conseguiste tu primer gran premio en 2011, ¿no?
  • I: Fue una combinación entre su sabiduría y buen olfato para las ideas, y las ganas de trabajar que yo tenía en aquella época, así como la gente de la que estaba rodeada.
  • G: Después de Wisconsin y Parker…
  • I: Después de trabajar con Parker intensamente durante dos años, conseguí un postdoc en Penn State University, Pennsylvania, con Abhay Ashtekar, uno de los grandes nombres en gravedad cuántica. La razón para acabar allí fue que Ashtekar estaba interesado en explotar las consecuencias que su teoría, Loop Quantum Gravity, tenía para el universo y necesitaba alguien con experiencia en la interfase entre cosmología y gravedad cuántica. Esto me dio de nuevo la oportunidad de estar a la sombra de otro gran árbol. Fueron los años más intensos en mi carrera. Ashtekar tiene una capacidad descomunal para la física, y estar a su lado te hace absorber conocimiento a un ritmo frenético. Exploté los resultados y la experiencia que había obtenido con Parker para extraer consecuencias observacionales de la teoría de Ashtekar. A partir de ahí desarrollamos una serie de trabajos donde de forma rigurosa conseguimos pasar de una formulación abstracta y matemática de la teoría a unas ecuaciones más aptas para hacer predicciones para la observación.
  • G: La relación con Ashtekar se mantiene, pero luego pasaste un tiempo en Cambridge (Reino Unido). Cuéntanos algo sobre esa etapa.
  • I: Conseguí una beca Marie Curie de la Unión Europea, que me permitió trabajar más cerca de la gente que hace las observaciones cosmológicas. En la Universidad de Cambridge estaba el grupo que analizaba las datos del satélite PLANCK. Interaccionar más de cerca con parte del grupo de PLANCK me ayudó a entender mucho mejor detalles sobre cómo se mide y qué se mide, y a un teórico eso le va bien. Estuve un año allí y luego me fui a Louisiana donde conseguí mi trabajo actual. Fue justamente durante mi estancia en Cambridge que el satélite PLANCK hizo públicos sus resultados por primera vez. Fue una gran experiencia estar en Cambridge durante esa época tan singular.
  • G: Qué actividades tienes en Lousiana.
  • I: Allí soy Profesor-Investigador. Mi principal tarea es investigar, pero también he de dar clase (una asignatura por semestre, tres horas por semana). Me gusta porque me pone en contacto con los estudiantes, lo cual te mantiene la mente despierta, y es una carga lectiva que no me ocupa demasiado tiempo. En la actualidad enseño electricidad y magnetismo. Interacciono también con estudiantes de doctorado y de máster.
  • G: ¿Es sencillo o complicado conseguir financiación para un estudiante de doctorado allí?
  • I: En EEUU para los másteres y doctorados las universidades tienen capacidad limitada para este tipo de estudiantes porque tienen que financiarlos el primer año o año y medio. La universidad los financia a cambio de que den clase, y se les paga por ello…
  • G: ¡Cobran por dar clase! Aquí se dan clases y no se cobra 
  • I: Sí. Allí no existe un sistema de becas como el europeo. Mi departamento acepta alrededor de 20 estudiantes de doctorado por año, les financia un año y medio o quizá dos, a cambio de tareas docentes. Luego los estudiantes se asocian a proyectos de investigación, los cuales tiene sus propios fondos.
  • G: ¿En qué has trabajado el último año?
  • I: Estoy centrado principalmente en las predicciones que Loop Quantum Cosmology tiene para el Fondo Cósmico de Microondas (CMB) y la estructura a gran escala del universo. Y la idea que estoy empujando con más energía está relacionada con las llamadas no-Gaussianidades. También trabajo en otros aspectos de teoría cuántica de campos en espacios curvos, conjuntamente con investigadores de la Universidad de Valencia.
  • G: ¿Qué información nos dan las no-Gaussianidades?
  • I: Las no-Gaussianidades son uno de los observables que más información tienen sobre lo que pasó en las etapas tempranas del universo. Loop Quantum Cosmology predice que antes de la inflación hubo un “rebote cósmico”, que no significa que el universo estaba cabreado, si no que hubo un instante en el que pasó de contraerse a expandirse. En otras palabras, en esta teoría el llamado big bang (o la “gran explosión”) se reemplaza por un “big bounce” (gran rebote). La pregunta es si existe algún “fósil” o remanente de ese gran rebote que podamos observar hoy en día. Y yo creo que la clave son las no-Gaussianidades. Las no-Gaussianidades que se producen en el universo durante el “rebote” son muy diferentes de las producidas por la inflación cósmica. Es cierto que aún no hemos podido detectar no-Gaussianidades en el fondo cósmico de microondas, pero estoy trabajando en una idea que nos permitiría detectar sus efectos, aún con la precisión actual. De hecho, hay ciertas anomalías que se observaron tiempo atrás con el satélite WMAP y que el nuevo satélite PLANCK ha confirmado, que no se entienden en base al modelo inflacionario. La idea en la que estoy trabajando con mi grupo de investigación en Louisiana es que estas anomalías pueden ser una consecuencia de las no-Gaussianidades que ocurren durante el rebote cósmico.
  • G: Y para terminar esta entrevista, ¿que destacarías?
  • I: Volvemos al principio, quiero enfatizar la importancia de las becas, y mi caso particular de cómo una familia sin tradición académica consigue llevar a su hijo al máximo nivel universitario, a través de un buen sistema de financiación pública.
  • G: ¿Crees que las políticas científicas actuales en España van en esa línea?
  • I: No, realmente no. La política actual me ha llevado a trabajar fuera de España, con muy pocas opciones para volver. Le doy gracias al sistema por financiar mi educación, pero veo que ha desaprovechado la inversión que hizo en mí. Debido a una política científica en mi opinión equivocada, es otro país el que obtiene el beneficio de aquella inversión.


Esperemos que tanto Iván como otros muchos investigadores españoles jóvenes y no tan jóvenes, aquí y allá, sigan ayudando a entender mejor este mundo en el que vivimos y a convertirlo en un lugar mejor.      


Texto y entrevista de Gonzalo Olmo (@gonzalo_olmo). 

jueves, 27 de abril de 2017

Charla de Diego Rubiera sobre Cosmología




El pasado 7 de abril tuvo lugar en el Colegio Mayor Rector Peset de Valencia la charla "Cosmología: la Historia de nuestro Universo", organizada por el Grupo de Agujeros Negros Cuánticos, Supergravedad y Cosmología, del Departamento de Física Teórica de la Universitat de València y el IFIC. Impartida por nuestro compañero Diego Rubiera, investigador FCT del Instituto de Astrofísica y Ciencias del Espacio de Lisboa, y enmarcada como acto previo al XII Iberian Cosmology Meeting IberiCOS2017 que tuvo lugar en Valencia unos días después, la charla trató de forma amena aspectos fundamentales de la Cosmología. 


La Cosmología representa el estudio del origen, evolución y destino del universo como un todo y, por tanto, afronta preguntas tan fundamentales como de dónde venimos y hacia dónde vamos. La combinación del armazón teórico que constituye la Teoría de la Relatividad desarrollada por Albert Einstein en el siglo XX, junto con el desarrollo tecnológico y observacional sin precedentes acaecido en las últimas décadas, ha convertido a la Cosmología en una ciencia de alta precisión que está en disposición de ofrecer respuestas parciales a dichas preguntas. En esta charla se trató el camino que nos ha permitido entender la expansión del Universo, la teoría del Big Bang, la formación de galaxias o la energía oscura, así como el lugar que el ser humano ocupa en toda esta imagen. 


Os presentamos aquí el vídeo de la charla, grabada con la inestimable ayuda del Taller de Audiovisuales de la Universitat de València. 


miércoles, 1 de marzo de 2017

Hidrógeno metálico: el contraataque




Como todo en esta vida, una vez el tiempo pasa las noticias son solo recordadas por aquellos a los que ha afectado directamente o indirectamente. Sin embargo, en el mundo científico todo es analizado y revisado concienzudamente hasta probar los puntos débiles de cada trabajo y permitir dar un paso más hacia el conocimiento total de la realidad que nos rodea. En este marco, las suspicacias y animadversiones levantadas por el artículo sobre el descubrimiento del hidrógeno metálico1 y sobre todo, por uno de sus autores, han hecho que todo este proceso se acelere. Recientemente, hablamos en el blog sobre el descubrimiento del hidrógeno metálico (aquí). En él predijimos que se abriría una guerra entre el grupo que proclamó su descubrimiento y el resto de investigadores rivales que han ido tras su búsqueda prácticamente toda su vida. Heridos en el orgullo de no ser ellos los primeros descubridores, empezaron a dar entrevistas a los principales portales científicos destacando los defectos evidentes que tenía el artículo. Nada era hasta entonces muy grave, se basaba sobre todo en no tener una confirmación clara de la fase metálica de este compuesto, y además las respuestas del propio grupo parecían coherentes y concluyentes. Sin embargo, las pequeñas incursiones en territorio enemigo se están convirtiendo por momentos en invasiones armadas y las pequeñas escaramuzas en un ataque con toda la artillería.

La Carnegie Institution for Science tiene uno de los grupos de investigación más renombrados en alta presión, el llamado Geophysical Laboratory. Se juntan allí varios de los más prestigiosos científicos en este campo. Su misión es la exploración de la materia extrema en todos los ámbitos: síntesis, propiedades extraordinarias, biología en condiciones extremas o formación planetaria. Hasta ahora, los esfuerzos de los científicos de este grupo, en lo relativo al hidrógeno, se habían centrado en la síntesis de polihidruros. Estos compuestos son mucho mejores candidatos para tener propiedades superconductoras a temperaturas superiores a la ambiente y presiones muy inferiores a las estudiadas con el hidrógeno. Sin embargo, visto el gran revuelo levantado por este descubrimiento, dos de sus científicos más reseñables han analizado cuidadosamente los resultados expresados por Dias y Silvera.

Gontcharov y Struzhkin2, bien conocidos por sus minuciosos trabajos en el campo de la presión más allá del megabar (>100 GPa), se han puesto manos a la obra para estudiar la publicación de Dias y Silvera. Estos investigadores reclaman que no es tan importante el conseguir la fase metálica del hidrógeno, sino el análisis de las condiciones en las que se alcanza y sus propiedades. Por otro lado, recogen la que parecía ser hasta ahora la principal queja sobre el artículo: cómo saber la presión a la que está la muestra. Como comentamos en la anterior entrada, en el trabajo de Dias y Silvera no se siguió la evolución del pico Raman con la presión sino que se midió exclusivamente cuándo se creía que se estaba a la presión crítica de metalización. Además, esta medida tenía baja calidad y por tanto la presión no era determinada de forma precisa. Esto no invalida la fase metálica del hidrógeno pero sí la presión a la que se produce.

Por otra parte, estos autores destacan el hecho de que hay una total ausencia de pruebas de que el hidrógeno está en la cavidad de presión ya que no se miden ninguna de sus propiedades fundamentales. Por ahora, todo dentro de lo ya contado. Sin embargo, un nuevo y poderoso argumento ha salido a la luz: la corrección de la absorción óptica del diamante a tan altas presiones.

La existencia de la fase metálica del hidrógeno se propuso por el incremento de reflectancia de este en la cavidad de presión a partir de una cierta presión. Para medir ese parámetro óptico se introduce un láser o un haz de luz a través de uno de los diamantes hasta llegar a la muestra y se recoge cuánto vuelve o se refleja, pero el hecho de que tenga que atravesar un diamante implica la corrección de la cantidad de luz que llega al detector. A presiones ambientales, el diamante es totalmente transparente a la luz visible; sin embargo, a presiones tan altas como las que se reclaman en el artículo de Dias y Silvera, hay que aplicar factores de corrección de la absorción óptica del diamante.


Según Gontcharov y Struzhkin, estos factores de corrección fueron aplicados de forma errónea. Para llegar a esta conclusión, se basan en un artículo de Vohra3 donde se analiza la reflectancia del diamante hasta 338 GPa. Extrapolando la evolución observada a la presión crítica propuesta por Dias y Silvera, tenemos que la reflectividad mostrada por la muestra es muchísimo menor que la publicada, lo que implicaría la caída del principal pilar en el que se basa el artículo y por lo tanto, que la fase del hidrógeno que se observa no es en absoluto metálica.


Fig. 1. Reflectancia del hidrógeno a 495 GPa medida por Dias y Silvera1 (circulos llenos-corregidos, circulos abiertos–sin corregir) comparada con la transmitancia del diamante estudiada por Vohra3 – a 230, 257, 311, y 338 GPa. Teniendo en cuenta estos datos y extrapolándolos a 495 GPa, los datos corregidos por esta extrapolación vendrían dados por los triangulos abiertos.


Como los problemas nunca vienen solos, diez días después de la aparición de este “comment” se ha publicado otro de otros autores. En este caso, el archienemigo de Silvera, Eremets (junto a Drozdov4 ), desde Mainz, analizan los puntos débiles del artículo, de una forma más amplia y no tan específica como Gontcharov y Struzhkin, pero sin duda más implacable dado el carácter personal innegable del que se ha impregnado este manuscrito. En este “comment”, Eremets y Drozdov han realizado un concienzudo análisis de cómo se ha medido la presión a través del pico Raman del diamante. Estos autores defienden no solo que la escala usada por Dias y Silvera para la determinación de la presión está equivocada, sino que al no seguir la evolución del pico Raman no se puede estar seguro que el pico medido sea el que se debe seguir para la calibración.

Asimismo, argumentan que si se establece que la presión está mal determinada, el valor de presión coincide con la presión crítica donde observaron un aumento de la conductividad eléctrica y proclamaron que podría ser debido a la fase metálica del hidrógeno5. En su defensa, hay que decir que lo dijeron con la boca pequeña porque no pudieron repetir el experimento, y ahí atacan a otro flanco débil del artículo de Dias y Silvera, la reproducibilidad. Este “comment” continúa sus críticas en el origen de la reflectividad observada. Mientras que Gontcharov y Struzhkin criticaban la corrección de los valores de esta al atravesar el diamante a tan alta presión, Eremets y Drozdov van al origen de la misma proclamando que no se ha demostrado que la alta reflectividad provenga del hidrógeno y no de la alúmina a alta presión o a una reacción del hidrógeno con la alúmina o incluso a una reacción del hidrógeno con el diamante. Incluyen también estos autores los mismos argumentos mostrados por los primeros citando el artículo de Vohra en el mismo contexto que Gontcharov y Struzhkin pero sin llegar a aplicar ninguna extrapolación de la corrección de la reflectancia por el diamante, sino sólo reclamando que no pudieron obtener el mismo valor que aplica Dias y Silvera. En su defensa hay que decir que han citado el “comment” de Gontcharov y Struzhkin.


Fig. 2. Muestra de hidrógeno a 337 GPa (fila de arriba) y a 380 GPa (debajo) combinado con 170K. Las imágenes fueron tomadas con luz reflectada, transmitida y una combinación de ambas. 


La guerra ha empezado. A la agresión inicial de proclamar conquistado el territorio del hidrógeno metálico, los aliados han respondido usando artillería pesada contra los rebeldes. Habrá que esperar la respuesta de éstos y ver quién gana la guerra, que podemos pensar que llegue en forma de premio Nobel. O no. 


Texto escrito por Juan Ángel Sans (@tresse77).


[1] R.P. Dias, I.F. Silvera. Observation of the Wigner-Huntington transition to metallic hydrogen. Science. DOI 10.1126/science.aal1579 (2017).
[2] A. F. Gontcharov y V. V. Struzhkin. Comment on Observation of the Wigner-Huntington transition to metallic hydrogen. arXiv:1702.04246.
[3] Y.K. Vohra. Isotopically pure diamond anvil for ultrahigh pressure research. Proceedings of the XIII AIRAPT International Conference on High Pressure Science and Technology (1991, Bangalore, India, 1991). (1991).
[4] M.I. Eremets y A. P. Drozdov. Comments on the claimed observation of the Wigner-Huntington Transition to Metallic Hydrogen. arXiv:1702.05125.
[5] M. I. Eremets, I. A. Troyan y A. P. Drozdov. Low temperature phase diagram of hydrogen at pressures up to 380 GPa. A possible metallic phase at 360 GPa and 200 K. arXiv:1601.04479