Cuando pensamos en los grandes hitos de la física del siglo XX, solemos imaginar complejos laboratorios académicos rodeados de tiza y pizarras infinitas. Sin embargo, la historia de Ivar Giaever demuestra que la innovación científica más disruptiva también puede nacer en el seno de la investigación industrial. Este ingeniero noruego, que comenzó su carrera lejos del ámbito universitario tradicional, terminó revolucionando la física de la materia condensada al demostrar experimentalmente el fenómeno del túnel cuántico en superconductores, un logro que le valió el Premio Nobel de Física en 1973.
De la ingeniería mecánica al laboratorio de investigación
Nacido el 5 de abril de 1929 en Bergen, Noruega, Ivar Giaever cursó sus primeros estudios superiores en el Instituto Noruego de Tecnología (NTH) en Trondheim, donde se graduó como ingeniero mecánico en 1952. Tras completar el servicio militar y trabajar un breve periodo como examinador de patentes, decidió emigrar a Canadá en 1954 y, poco después, a Estados Unidos.
Su incursión en la física teórica y experimental no siguió la vía académica habitual. En 1958, mientras trabajaba para la compañía General Electric (GE) en Schenectady, Nueva York, Giaever se matriculó en el Instituto Politécnico Rensselaer, donde obtuvo su doctorado en física en 1964. Fue precisamente durante sus primeros años en los laboratorios de investigación y desarrollo de GE donde concibió el experimento que cambiaría el rumbo de la física moderna.
El descubrimiento del túnel cuántico en superconductores
A finales de la década de 1950, el efecto túnel cuántico —un fenómeno según el cual una partícula subatómica puede atravesar una barrera de potencial de energía superior a su energía cinética— ya era conocido en semiconductores gracias a los trabajos de Leo Esaki. Sin embargo, nadie había logrado observar este comportamiento en materiales superconductores.
Inspirado por la recién formulada teoría BCS (de Bardeen, Cooper y Schrieffer), que explicaba la superconductividad a nivel microscópico, Giaever diseñó un experimento extraordinariamente elegante y preciso:
-La estructura del sándwich: Depositó una capa extremadamente fina de aluminio sobre un sustrato de vidrio.
-La barrera aislante: Permitió que la superficie de aluminio se oxidara de forma natural, creando una película infranqueable de óxido de aluminio de apenas unos nanómetros de espesor.
-El segundo metal: Aplicó una capa cruzada de otro metal (como plomo o aluminio) sobre la barrera de óxido.
Al enfriar este dispositivo a temperaturas cercanas al cero absoluto, donde los metales entran en estado superconductor, Giaever midió la corriente eléctrica que atravesaba la capa aislante. Los resultados confirmaron de manera incontestable que los electrones atravesaban la barrera mediante el efecto túnel cuántico.
Más importante aún, sus mediciones permitieron «mapear» directamente la brecha de energía (energy gap) predicha por la teoría BCS, proporcionando la primera prueba experimental directa de la estructura de estados electrónicos en un superconductor.
El Premio Nobel de Física de 1973
El impacto del hallazgo fue inmediato. La técnica desarrollada por Giaever no solo validó la teoría fundamental de la superconductividad, sino que sentó las bases para el posterior desarrollo del efecto Josephson, descubierto teóricamente por Brian David Josephson poco tiempo después.
En 1973, la Real Academia de las Ciencias de Suecia otorgó el Premio Nobel de Física de manera compartida: una mitad a Leo Esaki e Ivar Giaever por sus descubrimientos experimentales respecto a los fenómenos de túnel en semiconductores y superconductores, respectivamente, y la otra mitad a Brian Josephson por sus predicciones teóricas sobre las corrientes superconductoras a través de una barrera de túnel.
Un giro fascinante hacia la biofísica
Tras alcanzar la cumbre de la física de la materia condensada, Giaever demostró una versatilidad intelectual extraordinaria. En la década de 1970 dirigió su atención hacia la biología molecular y la biofísica.
En General Electric y más tarde en el Rensselaer Polytechnic Institute, promovió el desarrollo de técnicas como el análisis de impedancia celular en sustrato eléctrico (ECIS). Este método revolucionario permite estudiar el comportamiento, adhesión y movimiento de células vivas en tiempo real mediante microelectrodos, convirtiéndose en una herramienta imprescindible en la investigación del cáncer y la farmacología actual.
La contribución de Ivar Giaever trasciende el ámbito de la teoría pura. Sus experimentos abrieron la ruta para el desarrollo de componentes electrónicos avanzados, como los dispositivos SQUID (Superconducting Quantum Interference Devices), capaces de detectar campos magnéticos de una intensidad infinitesimal. Estos sensores son vitales hoy en día en campos que van desde la magnetoencefalografía médica hasta la exploración geofísica y el desarrollo de la computación cuántica.
