Nicola Spaldin, favorita al Nobel de Física: “Un material superconductor a temperatura ambiente traería un cambio geopolítico mundial”
La vicepresidenta del Consejo Europeo de Investigación reflexiona sobre la computación más allá del chip gracias a los materiales multiferroicos que descubrió por pura curiosidad
Los materiales marcan la evolución del ser humano: de la edad de Piedra a la del Bronce, y después el hierro, el acero, el vapor. Ahora es el silicio el compuesto omnipresente en los chips que alimentan la computación y la inteligencia artificial (IA). Y esta era se acerca al colapso sin que esté nada claro qué será lo siguiente.
En eso trabaja Nicola Spaldin (Reino Unido, 57 años), naturalista, química, catedrática de materiales teóricos de la Escuela Politécnica Federal de Zúrich y favorita a ganar el Nobel de Física.
A comienzos de este milenio, Spaldin impulsó todo un nuevo campo de investigación por pura curiosidad: ¿era realmente imposible encontrar nuevos materiales que respondiesen tanto al magnetismo como a la electricidad? Al principio estuvo sola, nadie creía en esos “materiales imposibles”. Pero un cuarto de siglo después no solo se ha demostrado que existen —se llaman materiales multiferroicos—, sino que son los favoritos para sustituir al silicio, cuyas limitaciones físicas pueden desembocar en consumos inasumibles de electricidad, agua y otros recursos.
Spaldin es además vicepresidenta de Ciencias Físicas e Ingeniería del Consejo Europeo de Investigación, órgano independiente de la Unión Europea que financia la mejor investigación de frontera del continente. En esta entrevista con EL PAÍS, Spaldin reflexiona con optimismo y humildad sobre la capacidad técnica europea y sus grandes posibilidades de abanderar la nueva revolución material de la humanidad, por mal que pueda sonarnos la Edad de los Multiferroicos.
Pregunta. ¿Estamos al final de una era?
Respuesta. Sí, aunque no sé si es motivo de preocupación o de oportunidades. El problema con los aparatos microelectrónicos basados en el silicio es que consumen una cantidad enorme de energía. Esto ya lo sabíamos hace una década, pero en los últimos dos años el problema ha explotado con los centros de datos. La clave es cómo desarrollar un aparato que pueda procesar y almacenar información sin la necesidad de usar constantemente corrientes eléctricas, que son las que calientan el sistema y consumen la energía. La idea de dejar la era del silicio se debe a la crisis energética.
P. Usted se definió como una quijote, pero se inventó un nuevo campo que hoy mueve miles de estudios anuales de grupos de todo el mundo.
R. No empecé queriendo resolver el problema de la energía. Siempre me ha movido intentar resolver preguntas en el límite de lo conocido, que son las más divertidas.
P. ¿Qué son los multiferroicos?
R. Piensa en el imán que pones en la nevera. Se llaman materiales ferromagnéticos porque su química suele estar basada en el hierro. Los ferroeléctricos son un poco más desconocidos. Suelen ser cerámicas, sólidos no metálicos. Y tienen átomos muy diferentes en su interior que tienden a crear una especie de carga positiva y negativa. Y así es como obtienen sus dipolos eléctricos. Estas dos químicas son muy diferentes. Si miras la tabla periódica los tipos de elementos que tienden a formar cargas positivas o negativas se sitúan en una parte, y los elementos que tienden a formar dipolos magnéticos se sitúan en otra. Esto fue lo primero que descubrimos: que no había realmente una razón física fundamental por la cual estos fenómenos no pudieran coexistir. Es solo que la química de ambos comportamientos tiende a utilizar elementos diferentes; átomos diferentes.
P. ¿Y esos materiales los encontraron, o los crearon?
R. Algunos ya existían, como la hematita, o la misma herrumbre, pero nadie había buscado en ellos estas propiedades. Otros los tuvimos que modificar un poco. Ahora hay muchísimos. El más prometedor es el óxido de bismuto y hierro, o ferrita de bismuto. Funciona a temperatura ambiente. El hierro lo hace magnético y el bismuto y el oxígeno le dan los dipolos eléctricos.
P. ¿Cómo de lejos están de poder aplicarse?
R. Hay ya prototipos, pero es imposible saber qué tipo de arquitectura real será la que sustituya a las de silicio. Hay muchas empresas estudiando estos materiales. También otras vías, como la computación neuromórfica, que imita el funcionamiento del cerebro humano.
P. ¿En qué consiste?
R. Es una de las alternativas más interesantes. Intenta hacer que el dispositivo actúe de manera similar a una neurona. Las cuestiones relacionadas con los materiales son bastante interesantes, porque se busca un material que, al aplicarle un campo o hacer pasar una corriente, pueda pasar de actuar como metal a aislante. Es decir, que una pequeña perturbación lo transforme de conductor a no conductor. Esto te permite diseñar un dispositivo que actúe como una sinapsis, una conexión entre neuronas, e ir ampliando su tamaño y capacidad. También existen varios tipos de computación tolerante a fallos.
P. ¿La IA puede encontrar nuevos materiales por sí misma?
R. No la veo muy útil para eso. Pero la usamos muchísimo para modelar las interacciones entre átomos. Mediante aprendizaje automático calculamos las fuerzas entre átomos individuales. Entrenamos a la máquina con cálculos de mecánica cuántica muy detallados y costosos, y luego aprendemos esas interacciones, lo que nos permite estudiar sistemas mucho más grandes, escalas de tiempo más largas o problemas más complejos con una calidad cuántica muy alta, pero a un coste muy bajo. Ha sido verdaderamente transformador.
P. ¿Usted ha demostrado que estos nuevos materiales también permiten entender el origen del universo?
R. Uno de los modelos para explicar el universo primitivo es la teoría de cuerdas cósmicas. Los cosmólogos proponen que, en sus orígenes, el universo básicamente cambió su simetría. Pasó de tener una simetría alta a una simetría más baja. Sería algo así como pasar del agua al hielo. Y en ese proceso formó defectos similares a los que obtendrías en los límites de los bloques de hielo cuando las placas chocan entre sí; forman defectos, y estos defectos serían las cuerdas cósmicas. El tipo de simetría propuesto para esto es muy específico, y nos dimos cuenta de que, de hecho, uno de nuestros materiales multiferroicos tenía exactamente esa misma transición entre una fase de alta simetría —que era como el universo primitivo— y una estructura de menor simetría, que es como el universo un poco más tardío.
Así que podíamos, por supuesto en el laboratorio, ir de un lado a otro a través de esta estructura de alta simetría a alta temperatura, y baja simetría a baja temperatura. Los defectos estructurales entre los átomos resultaban ser los análogos de las cuerdas cósmicas. Así que podíamos probar, por ejemplo, predicciones sobre qué pasaría con estos defectos si enfriábamos más rápido, lo que equivaldría a que el universo se expandiera con mayor rapidez. Así que teníamos algo que era casi como un simulador. Era como un simulador de cuerdas cósmicas.
P. ¿Cuál es la mayor pregunta que se podría responder?
R. Si lo llevo a mi campo, la creación de un material superconductor a temperatura ambiente. Podría transmitir corrientes eléctricas sin pérdidas. Supondría un cambio geopolítico a nivel mundial; y solucionaría todos los problemas, incluido el de la energía y la computación, aunque probablemente crearía otros nuevos. Pero es muy difícil. Nadie sabe si es posible o no.
P. ¿Qué lugar ve para Europa en la carrera por la IA y en un mundo dividido en dos bloques?
R. Es un momento interesante para la ciencia por dos razones. Una es que tenemos esta loca situación geopolítica, y la otra es la explosión de la IA, que probablemente cambiará muchos de los métodos y formas de hacer ciencia. En Europa estamos en una situación privilegiada, al ser bastante estable y contar con una financiación realmente estable, sostenida y a largo plazo, que también apoya la investigación de frontera. Es una investigación impulsada por la curiosidad que no está guiada por motivos políticos. Pero creo que es algo que debemos de proteger, porque su supervivencia no está garantizada, ni siquiera en Europa. Esto me preocupa mucho. Pero tengo la esperanza de que al final calará el mensaje de que invertir en ciencia fundamental es invertir en la prosperidad de nuestra sociedad.
P. ¿Cree que le darán el Nobel?
R. No creo. Hay muchísimos avances científicos realmente emocionantes que cumplen los requisitos para el Premio Nobel. El hecho de que yo crea, a nivel personal, que los multiferroicos son superinteresantes no significa que todo el mundo piense igual. Y si llega a ocurrir, podría ser dentro de décadas, mirando históricamente la edad habitual de los premiados [risas].
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