Además de los conocidos estados sólido, líquido y gaseoso, en condiciones extremas se producen también estados de agregación relacionados con las fuerzas de unión entre moléculas y átomos. A escala nanométrica el paso de un estado a otro aún plantea muchas preguntas. Uno de los equipos que trata encontrar respuestas es el Grupo de Propiedades Nanométricas de la Materia de la Universidad de Valladolid.
La materia puede presentarse en diversos estados dependiendo de las condiciones de presión y temperatura, con características peculiares en cada uno de ellos. No obstante, además del sólido, el líquido y el gaseoso existen los denominados estados de agregación, que se dan en condiciones extremas y están relacionados con las fuerzas de unión de las partículas (moléculas, átomos o iones) que constituyen la materia.
A nivel macroscópico es bien conocido cómo se produce el paso de uno a otro estado de la materia, mientras que a escala nanométrica aún existen muchos interrogantes. El Grupo de Propiedades Nanométricas de la Materia de la Universidad de Valladolid, ubicado en el Departamento de Física Teórica, Atómica y Óptica de la Facultad de Ciencias, estudia a fondo esta transición.
A escala nanométrica, que se sitúa al nivel de átomos y moléculas, los materiales se comportan de diferente forma. “Estudiamos cómo se funden, es decir, cómo pasan de fase sólida a fase líquida sistemas que tienen del orden entre cien y mil átomos que son agregados atómicos nanométricos”, explica a DiCYT el investigador del grupo Andrés Aguado. Según recuerda, “todo el mundo está familiarizado con cómo funde un material macroscópico, del hielo al agua por ejemplo, pero el proceso es muy distinto cuando sólo tienes cien o mil átomos, esto no está bien analizado y trabajamos en interpretarlo”, subraya.
En este sentido, la transición de sólido a líquido puede variar notablemente en función del número de átomos, por ejemplo. “Cambiando solo un átomo, en algunas ocasiones el calor latente (el necesario para cambiar de fase) es menos de la mitad”, apunta el experto. Para realizar estos cálculos, el grupo emplea la computación para resolver ecuaciones de la mecánica cuántica e interpreta los datos obtenidos.
Importancia de las simulaciones
“Las simulaciones son muy importantes en casos como éste porque no se pueden hacer experimentos en las condiciones de miles de grados de temperatura que requieren, aunque en otras ocasiones en las que sí hay experimentos se obtienen unos datos que no se saben interpretar”, detalla, un campo en el que realizan colaboraciones con científicos de otros países.
La razón por la que se hacen este tipo de estudios es doble. Por un lado, está la aplicación tecnológica. “La electrónica, por ejemplo, cada vez se va haciendo más pequeña y a nivel nanométrico el material deja de tener las propiedades iniciales y no funcionaría de la forma prevista”, apunta Andrés Aguado, tras añadir que “si baja la temperatura puede ser que ese sistema electrónico se funda antes de lo previsto”.
Aparte, destaca, esta línea de investigación tiene un interés fundamental en la rama de conocimiento de la física estadística. “La física estadística, que más o menos consigue explicar todos los fenómenos, sólo es válida cuando el número de átomos es muy grande. Cuando tiene del orden de cien o mil, todas esas leyes físicas cambian un poco y también es interesante generar nuevas teorías”, señala.
Investigadores del Instituto de Física Corpuscular han logrado medir en el laboratorio la formación de un elemento clave en la evolución de la composición química de los elementos pesados. Un isótopo de este elemento, el Plomo-204, se produce en estrellas gigantes rojas, responsables de la creación de la mitad de los elementos más pesados que el hierro en la naturaleza.
La Real Academia Sueca de las Ciencias ha premiado a los investigadores John Hopfield, de la Universidad de Princeton (EE UU), y Geoffrey Hinton, de la Universidad de Toronto (Canadá), por sus descubrimientos e inventos que permiten el aprendizaje automático con las redes neuronales artificiales.
