Materia Condensada en La Frontera

Cualquier dispositivo inteligente que hoy en día pertenece a nuestra cotidianidad, son resultado de años de investigación y entendimiento de la materia y su composición. El Grupo de Investigación en Física de la Materia Condensada (CONDMAT-UFRO), desarrolla investigación de alto nivel para aportar a la mejora continua de potenciales dispositivos tecnológicos.

Cualquier dispositivo inteligente que hoy en día usamos cotidianamente, son resultado de años de investigación y colaboración internacional en un área de la física que tuvo su nacimiento y apogeo a fines del siglo XX: la Física de la Materia Condensada (área de la física que estudia las propiedades de la materia en los estados sólido, líquido, entre otros).

El estudio y comprensión de esta área de la física permite, entre otras cosas, proporcionar mejoras en el transporte y almacenamiento de información o proponer formas más eficientes en el uso y almacenamiento de la energía. Por ejemplo, el primer computador que se construyó en el mundo tenía una masa cercana a 30 toneladas (para transportarlo actualmente se necesitaría un camión de cuatro ejes) y se necesitó una habitación de 167 metros cuadrados para alojarlo. Actualmente, tenemos computadores con un poder de cálculo superior y con un tamaño mucho menor, que incluso cabe en nuestros bolsillos. Por lo tanto, la investigación y entendimiento de esta área de la física se vuelve crucial para los desafíos tecnológicos del futuro.

En el Departamento de Ciencias Físicas de la Universidad de La Frontera se encuentra alojado, íntegramente, el Grupo de Investigación en Física de la Materia Condensada (CONDMAT-UFRO) quienes, desde un punto de vista teórico, desarrollan nuevas propuestas para su uso en potenciales dispositivos tecnológicos. Para ello, se emplean las leyes físicas de la mecánica cuántica a nivel atómico, el electromagnetismo, la termodinámica, la mecánica estadística, la teoría de información y otras teorías científicas que aportan a desarrollar modelos y tratamientos matemáticos para explicar y predecir el comportamiento de diversos materiales. Por ejemplo, el grafeno es un material bidimensional (una lámina atómica) que se puede obtener a partir del grafito (como la punta de un lápiz grafito) mediante diversas técnicas experimentales. Este material posee propiedades extremadamente útiles, tales como alta conductividad térmica y eléctrica o su alta dureza.

El grupo CONDMAT ha estudiado y publicado artículos sobre cómo estas propiedades del grafeno pueden ser controladas al incorporar otros materiales en su composición. En general, el control de las propiedades de los materiales con potencial uso en tecnologías de información es uno de los principales objetivos que el grupo posee.

En esta misma línea, el grupo tiene variada experiencia teórica en controlar las propiedades magnéticas de ciertos materiales a través de cambios en la geometría de un sistema o bien a través de la explicación del origen de las propiedades de dichos materiales. El año 2021 se publicó un artículo en donde se propuso que un nanohilo magnético (hilo magnético con longitud nanométrica) con cambios secuenciales en su diámetro, podría ser usado para almacenar información de manera estable, emulando así una llave magnética, similar al funcionamiento de las actuales tarjetas de bancarias.

Una lámina de grafeno corresponde a átomos de Carbono ordenados en forma de panal de abeja. Al incorporar otros materiales en esta estructura, las extraordinarias propiedades del grafeno pueden ser modificadas.

También, el mismo año se propuso un modelo matemático para explicar el origen de algunas de las propiedades magnéticas que posee el triyoduro de cromo (CrI3), un material magnético bidimensional (como el grafeno) y que fue descubierto el año 2016.

En general, el grupo ha desarrollado su investigación en nanoestructuras magnéticas para memorias y/o sensores; propiedades ópticas y electrónicas con perspectivas de aplicación en celdas fotovoltaicas y en sistemas de almacenamiento de energía; y dinámica de sistemas fuera de equilibrio mediante teoría de información para aplicaciones a la sismicidad en Chile, energía eólica o flujo granular.

El rápido desarrollo de nuevas tecnologías ha empujado y desplazado la frontera del conocimiento de manera excepcional. En este sentido, la investigación de excelencia se hace fundamental para poder lograr el desarrollo a nivel regional y nacional.

En particular, el mejor entendimiento de la ciencia, especialmente lo relacionado a la Física de la Materia Condensada, aparece como un punto extremadamente relevante debido al inevitable futuro tecnológico. Esta relevancia se ha manifestado, por ejemplo, en los tres proyectos Fondecyt que el grupo CONDMAT posee actualmente en ejecución, en el número e impacto de las revistas científicas donde se han publicado sus trabajos (principalmente revistas pertenecientes a los dos primeros cuartiles, según ranking elaborado por la prestigiosa empresa analista de datos Clarivate); y además, por la ininterrumpida realización del evento SIMAFE (Seminario Intensivo de Física de la Materia Condensada y Estadística) durante los últimos 17 años, que ha convocado, en cada ocasión, a más de 50 investigadores nacionales e internacionales y estudiantes de pre y postgrado.

Un nanohilo con una modulación en su diámetro permite que sus propiedades magnéticas puedan ser controladas, y así, ser propuestos como potenciales llaves magnéticas, cuyo principio de funcionamiento es similar a las actuales tarjetas bancarias.