b'\n_START_ARTICLE_\nModelo Terrones de Nanoestructuras Curvas.\n_START_SECTION_\nIntroducci\xc3\xb3n\n_START_PARAGRAPH_\nLos materiales en capas, que constan de \xc3\xa1tomos dispuestos de una manera capa por capa, son abundantes en la naturaleza. El grafito es un claro ejemplo de un material de este tipo, sus \xc3\xa1tomos est\xc3\xa1n dispuestos en una red hexagonal y cada carbono est\xc3\xa1 unido a otros tres. Las diferentes propiedades electr\xc3\xb3nicas y mec\xc3\xa1nicas observadas para el grafito y el diamante son causadas por su naturaleza de enlace y estructura del cristal. Aunque el grafito es "blando", el enlace carbono-carbono en el plano de las capas individuales es extremadamente fuerte.\n_START_SECTION_\nFullerenos y Nanotubos de Carbono (CNT)\n_START_PARAGRAPH_\nEn 1985, Kroto y sus colegas encontraron que el carbono tambi\xc3\xa9n podr\xc3\xada formar mol\xc3\xa9culas de jaula en la que cada \xc3\xa1tomo est\xc3\xa1 conectado a tres vecinos, como en el grafito. Estas jaulas de carbono fueron nombradas fullerenos. En particular, la mol\xc3\xa9cula de fullereno m\xc3\xa1s abundante se forma con 60 \xc3\xa1tomos de carbono y que se conoce como C\xe2\x82\x86\xe2\x82\x80 o Buckminsterfullereno. En 1990 se demostr\xc3\xb3 que las mol\xc3\xa9culas de C\xe2\x82\x86\xe2\x82\x80 se cristalizan formando grandes estructuras cristalinas, ahora conocidas como fulleritos. Un a\xc3\xb1o despu\xc3\xa9s, Iijima descubri\xc3\xb3 que el grafito es capaz de enrollarse en cilindros, formando CNTs de diferentes quiralidades. _NEWLINE_Los fullerenos y CNTs consisten en fragmentos de grafito cerrados. Para los fullerenos, el grafito se curva y se cierra debido a la presencia de 12 anillos pentagonales dentro de la hoja hexagonal. Los nanotubos podr\xc3\xadan ser generados ya sea haciendo rodar una hoja de grafeno a fin de formar un cilindro, o por alargamiento de un fullereno a lo largo de un eje preferencial._NEWLINE_Fullerenos y CNTs pueden ser vistos como piezas curvadas de grafito. En el caso de los fullerenos, el grafito adquiere la curvatura debido a la presencia de anillos pentagonales en la forma de grafito hexagonal. Por otra parte, un nanotubo es producido cuando enrollas una hoja de grafeno formando un cilindro. Como en el grafito, fullerenos y nanotubos pueden exhibir diferentes capas que forman estructuras tipo cebolla y nanotubos de carbono de paredes m\xc3\xbaltiples (MWCNTs por sus siglas en ingl\xc3\xa9s).\n_START_SECTION_\nDescubrimiento\n_START_PARAGRAPH_\nEn 1991, Alan Mackay y Humberto Terrones introdujeron el concepto de curvatura negativa en el contexto de las estructuras de grafito peri\xc3\xb3dicas con las mismas formas que las superficies m\xc3\xadnimas triplemente peri\xc3\xb3dicas (TPMS por sus siglas en ingl\xc3\xa9s). Ellos mostraron que estas estructuras eran estables y por lo tanto, posibles de sintetizar._NEWLINE_Mientras estudiaban en Inglaterra, Mackay y Humberto Terrones se plantearon la pregunta de si era posible disponer los \xc3\xa1tomos de tal manera que adquirieran curvatura y, con ello, obtener un material diferente. La respuesta fue afirmativa, por lo menos te\xc3\xb3ricamente. \xe2\x80\x9cEmpezamos a trabajar sobre esto \xe2\x80\x94relata Humberto en una entrevista en la secci\xc3\xb3n Lunes en la ciencia del peri\xc3\xb3dico La Jornada del 19 de marzo de 2001\xe2\x80\x94 y nos dimos cuenta que pod\xc3\xadamos reproducir las mismas superficies que estudiabamos matem\xc3\xa1ticamente, \xe2\x80\x94superficies m\xc3\xadnimas triplemente peri\xc3\xb3dicas\xe2\x80\x94 y que las pod\xc3\xadamos modificar y crear nuevos materiales\xe2\x80\x9d. La aparici\xc3\xb3n del descubrimiento de nanotubos de carbono por Sumio Iijima vino a corroborar el trabajo te\xc3\xb3rico de Terrones._NEWLINE_Por otra parte, ellos usaron conceptos de topolog\xc3\xada y geometr\xc3\xada diferencial para demostrar que otros materiales en capas tambi\xc3\xa9n pueden adquirir diferentes tipos de curvatura, produciendo as\xc3\xad nuevos materiales con diferentes propiedades. En adici\xc3\xb3n a esto, ellos tambi\xc3\xa9n introdujeron el t\xc3\xa9rmino \xe2\x80\x9cflexi-cristalograf\xc3\xada\xe2\x80\x9d, el cual se refiere a estructuras at\xc3\xb3micas curvadas. En la flexi-cristalograf\xc3\xada el concepto clave para estudiar nuevos materiales estructurados en capas, es la curvatura._NEWLINE_En 2005, Mauricio Terrones demostr\xc3\xb3 un m\xc3\xa9todo para producir nanotubos de carbono limpios y altamente cristalinos de doble pared. Estos y otros materiales, incluyendo nanocables, que los Terrones han creado en su laboratorio, probablemente tendr\xc3\xa1n muchos usos en nanoelectr\xc3\xb3nica y en la fabricaci\xc3\xb3n de nuevos materiales compuestos._NEWLINE_Desde el punto de vista te\xc3\xb3rico, los Terrones fueron los primeros en explicar la esfericidad de fullerenos (o buckyballs) gigantes anidados sobre la base de la introducci\xc3\xb3n de defectos, un modelo conocido ahora como Modelo Terrones._NEWLINE_Similar al grafito, hay otras estructuras en capas que se pueden curvar, enrollar y doblar tal como nitruro de boro hexagonal (hBN), y disulfuros de molibdeno y tungsteno, entre otros.\n_START_SECTION_\nGrafito negativamente curvo\n_START_PARAGRAPH_\nEn 1991, Mackay y Terrones propusieron que la inclusi\xc3\xb3n de anillos de carbono con m\xc3\xa1s de 6 \xc3\xa1tomos en una malla hexagonal de grafito podr\xc3\xada producir arreglos graf\xc3\xadticos peri\xc3\xb3dicos estables, an\xc3\xa1logos a las zeolitas. Estas nuevas disposiciones hipot\xc3\xa9ticas, llamadas \xe2\x80\x9cschwarzitas\xe2\x80\x9d, exhiben las topolog\xc3\xadas similares a las TPMS, que han atra\xc3\xaddo a los matem\xc3\xa1ticos desde la d\xc3\xa9cada de 1890. Las TPMS poseen en todos sus puntos cero curvatura media, entonces H = 0 en todas partes. Las schwarzitas y TPMS muestran laberintos que pueden dividir el espacio en dos regiones congruentes. C\xc3\xa1lculos de estabilidad han sido realizados en schwarzitas, encontrando que son m\xc3\xa1s estables que C\xe2\x82\x86\xe2\x82\x80. Esta estabilidad proviene del hecho que en los anillos octagonales o heptagonales hay muy poca variedad, casi preservando la hibridaci\xc3\xb3n sp\xc2\xb2 del grafito (\xc3\xa1ngulos de 120\xc2\xb0 grados entre vecinos m\xc3\xa1s cercanos). Como hemos visto, los hept\xc3\xa1gonos u oct\xc3\xa1gonos producen la curvatura negativa o los puntos de silla necesarios para la periodicidad y complejidad. El g\xc3\xa9nero por celda primitiva de las schwarzitas m\xc3\xa1s comunes es de 3 y 4, por lo que son m\xc3\xa1s complejas que los fullerenos que tienen g\xc3\xa9nero cero. Los anillos heptagonales de carbono no s\xc3\xb3lo producen periodicidad, sino que tambi\xc3\xa9n pueden generar cuasi-periodicidad o desorden en una arquitectura graf\xc3\xadtica._NEWLINE_Hemos visto que la complejidad y la periodicidad est\xc3\xa1n vinculadas por el n\xc3\xbamero de anillos con m\xc3\xa1s de seis \xc3\xa1tomos de carbono. Una pregunta surgi\xc3\xb3 aqu\xc3\xad: \xc2\xbfPodemos proponer una estructura compleja cerrada (g\xc3\xa9nero mayor que cero), sin periodicidad? La respuesta fue s\xc3\xad. S. Itoh, S. Ihara y J. Kitakami mostraron que el grafito toroidal es estable. Estos torii exhiben un g\xc3\xa9nero 1 (g = 1) poseyendo pent\xc3\xa1gonos, hex\xc3\xa1gonos y hept\xc3\xa1gonos. Adem\xc3\xa1s, experimentalmente se encontraron tubos helicoidales graf\xc3\xadticos. Sin embargo, los arreglos hipot\xc3\xa9ticos m\xc3\xa1s complejos fueron propuestos por H. y M. Terrones en los cuales no hay pent\xc3\xa1gonos, s\xc3\xb3lo hex\xc3\xa1gonos y hept\xc3\xa1gonos. El g\xc3\xa9nero de estas estructuras va hasta g = 21, teniendo la misma topolog\xc3\xada de una esfera con 21 mangos. Una caracter\xc3\xadstica importante de las estructuras complejas de grafito es que poseen agujeros en los que pueden ser insertadas mol\xc3\xa9culas. Los c\xc3\xa1lculos de uni\xc3\xb3n fuerte muestran que el comportamiento electr\xc3\xb3nico alrededor de los orificios es met\xc3\xa1lico.\n_START_SECTION_\nNanocables\n_START_PARAGRAPH_\nLos fullerenos y CNTs son huecos, as\xc3\xad que debe ser posible llenarlos con distintos elementos o compuestos. Introducir un metal dentro de CNTs podr\xc3\xada formar un nanocable. Utilizando descarga de arco el\xc3\xa9ctrico con un polvo de metal en el interior del \xc3\xa1nodo produce CNTs llenos de carburos met\xc3\xa1licos. Una dificultad del m\xc3\xa9todo mencionado anteriormente es que los tubos se llenan parcialmente; esto puede afectar a las propiedades de conductividad. A. Loiseau y H. Pascard encontraron que los nanotubos podr\xc3\xadan llenarse m\xc3\xa1s si utilizamos peque\xc3\xb1as cantidades de azufre, selenio y el germanio con el m\xc3\xa9todo de descarga de arco el\xc3\xa9ctrico. Por otra parte, hay t\xc3\xa9cnicas qu\xc3\xadmicas en las cuales por tratamiento con \xc3\xa1cido n\xc3\xadtrico, los tubos se pueden abrir y luego los materiales tales como paladio, plata, oro, cobalto, hierro, \xc3\xb3xidos de uranio y n\xc3\xadquel, molibdeno, esta\xc3\xb1o, neodimio, europio, lantano, cerio, praseodimio, itrio, circonio y cadmio, pueden ser insertados en su interior. Tambi\xc3\xa9n es importante mencionar que las enzimas y las prote\xc3\xadnas se han puesto dentro de los nanotubos. Por otro lado, los efectos de capilaridad se han utilizado para introducir elementos como esta\xc3\xb1o, plomo, bismuto, cesio, azufre y selenio, dentro de CNTs.\n_START_SECTION_\nHaeckelitas\n_START_PARAGRAPH_\nLa presencia de defectos tales como pent\xc3\xa1gonos y hept\xc3\xa1gonos en fullerenos cambia las propiedades electr\xc3\xb3nicas. Se ha propuesto un nuevo tipo hipot\xc3\xa9tico de hojas de grafeno que admite hept\xc3\xa1gonos, pent\xc3\xa1gonos y hex\xc3\xa1gonos, observando que el n\xc3\xbamero de hept\xc3\xa1gonos y pent\xc3\xa1gonos deber\xc3\xada ser la misma para compensar la curvatura negativa de los hept\xc3\xa1gonos y la curvatura positiva de los pent\xc3\xa1gonos. Estos acuerdos han sido llamados "haeckelitas" en honor a Ernst Haeckel, quien produjo hermosos dibujos de radiolaria en los cuales se pueden apreciar anillos heptagonales, hexagonales y pentagonales. Una propiedad importante de las haeckelitas es que todas ellas exhiben una se\xc3\xb1al considerable en el nivel de fermi en la densidad local de los estados. Esto significa que todos estos sistemas deben poseer un comportamiento met\xc3\xa1lico. Por lo tanto, es posible enrollar las haeckelitas para formar nanotubos, que ser\xc3\xa1n conductores independientes del di\xc3\xa1metro y el arreglo helicoidal._NEWLINE_Adem\xc3\xa1s, las haeckelitas tambi\xc3\xa9n exhiben una rugosidad local debido a la flexi\xc3\xb3n local producida por los hept\xc3\xa1gonos y pent\xc3\xa1gonos. Podr\xc3\xada ser posible, que los experimentos de irradiaci\xc3\xb3n de electrones puedan generar pares hept\xc3\xa1gono-pent\xc3\xa1gono (rugosidad) en nanotubos de carbono de pared simple (SWCNT por sus siglas en ingl\xc3\xa9s).\n_START_SECTION_\nAplicaciones\n_START_PARAGRAPH_\nEl estudio de los nanotubos de carbono promete aplicaciones que nunca hab\xc3\xadamos so\xc3\xb1ado, dice Humberto Terrones, como producir materiales pl\xc3\xa1sticos 100 veces m\xc3\xa1s resistentes que el acero y seis veces m\xc3\xa1s ligeros. Estos pl\xc3\xa1sticos ya se est\xc3\xa1n produciendo a escala experimental y las industrias de aparatos electrodom\xc3\xa9sticos y automotriz ya estudian la manera de sustituir las partes met\xc3\xa1licas de sus productos con dichos pl\xc3\xa1sticos; nanoconductores para sistemas el\xc3\xa9ctricos ultra peque\xc3\xb1os que funcionan con cargas el\xc3\xa9ctricas muy bajas; nuevos materiales magn\xc3\xa9ticos para gran almacenamiento de informaci\xc3\xb3n; monitores ultradelgados y nuevos compuestos qu\xc3\xadmicos, entre muchas otras posibilidades.'