Líneas de investigación

En la actualidad se desarrollan las siguientes líneas de investigación:

  • Investigadores

    Desarrollamos una aproximación de campo medio para el estudio de procesos de difusión con interacción desde una perspectiva general, aplicable a distintas situaciones, como la difusión de un soluto en solvente, partículas adsorbidas en una superficie o mezclas binarias. Suponemos que la interacción es de corto alcance y se puede restringir a celdas de tamaño a, como se muestra en la figura de abajo; el potencial de interacción depende del número de partículas n en dicha celda.

    Analizamos las posibles variaciones del coeficiente de difusión y de la movilidad en función de la concentración.

     

    esquema1

     

    También se estudian modelos teóricos para la difusión y el arrastre de partículas en tubos o canales de sección variable. Se consideran variaciones periódicas, es decir, los tubos están compuestos por celdas conectadas secuencialmente. Un ejemplo de estas celdas se muestra en la imagen de más abajo. El estudio de estos modelos puede aplicarse al desarrollo de técnicas de separación de partículas de distinto tamaño.

    Simulación numérica de concentración de partículas en cavidad asimétrica con fuerza hacia la derecha.

    Algunas publicaciones sobre el tema:

    Mean-field approach for diffusion of interacting particles

    Transport of interacting particles in a chain of cavities: Description through a modified Fick-Jacobs equation

    Current of interacting particles inside a channel of exponential cavities: Application of a modified Fick-Jacobs equation

    Mean-field approach to diffusion with interaction: Darken equation and numerical validation

     

  • Investigadores

     

    PirocloroUn imán tiene un polo norte y un polo sur. Si lo cortamos tendremos dos imanes, ambos con sus polos norte y sur. No existe en la naturaleza uno sin el otro.
    Los hielos de spin, sin embargo, son sistemas magnéticos muy particulares que, a muy baja temperatura, se comportan como si hubiera polos por separado. A través de simulaciones computacionales, estudiamos estos materiales en distintas condiciones y vemos las diversas estructuras que forman estos monopolos. Por ejemplo, encontramos “sales magnéticas”, donde en lugar de sodio y cloro ¡hay polos norte y sur!

     

     

    Ejempo2Nivelesedt

     

    Ejemplo de un sistema frustrado, donde las partículas no pueden desplazarse e interactúan con sus vecinos. Cada partícula tiene 2 configuracioines  posibles, generalmente conocidas como “Spin Up” y “Spin Down”.

    Estos modelos sencillos reproducen la dinámica de muchos materiales magnéticos fuera del equilibrio, que hoy en día tienen aplicaciones tecnológicas.

     

     

     

    Dipolos Simulación numérica de esfera con interacción dipolar. En violeta, las partículas. En amarillo, la imágen periódica de dichas partículas.

    En la actualidad, nanopartículas se están usando en variedad de aplicaciones, en salud, remoción de contaminantes  y otras. Nosotros exploramos y caracterizamos los regímenes (“los estados”) que se obtendrían:

    Tipo Gas (Superparamagético).
    Líquido de cadenas (alta respuesta a campos externos) y Líquido de anillos (baja respuesta a campos).
    Gel (~ Ferromagnético).
    Columnar-Cristal (~Antiferromagnético, como en la Fig.)

     

    Cavidad

     

    Líquido sobreenfriado confinado en una cavidad. Las partículas grises no se pueden mover, mientras que lasazules sí.

    A medida que se enfría un líquido, este puede formar un sólido cristalino (ordenado) o un vidrio (sólido “desordenado”),

    Con “medidas de orden agnóstico” como las técnicas de confinamiento, intentamos descifrar si estos sistemas, en apariencia desordenados, presentan un orden difícil de observar y de medir con técnicas usuales.

  • Investigadores

    Inspirados por las interfases que pueden observarse en la naturaleza, en el grupo estudiamos un modelo simple que describe la dinámica de las mismas. Para ello desarrollamos modelos teóricos y simulaciones numéricas usando placas gráficas (GPU), que luego comparamos con las mediciones que realizan investigadores de Bariloche y París.

    Interfases en la naturaleza

    Las interfases son las fronteras que dividen dos regiones o fases. En la naturaleza pueden encontrarse en una multitud de escenarios diferentes, como por ejemplo las manchas de café, la línea de mojado de un líquido sobre un sustrato o los incendios forestales.

    Mancha de Café

    Inmersión de papel en café. Ilustración esquemática del experimento (a) y papel escaneado (b) de 20 cm de ancho. [S. V. Buldyrev et al., 1992]


    Línea de mojado

    Línea de contacto en un sustrato con desorden. El líquido es glicerina, el sustrato es un vidrio cubierto con parches de cromo (10×10 μm) que aparecen con brillo en la parte seca. [S. Moulinet, LPS Paris]

    Incendio en Sabangau

    Incendio en Sabangau (2015) [Foto de OuTrop]

    En el campo de la física de la materia condensada, este tipo de interfases pueden hallarse tanto en los vórtices en superconductores como en los dominios magnéticos en materiales ferromagnéticos. A continuación se muestran ejemplos de mediciones en materiales ferromagnéticos por los grupos de Paris y Bariloche.

    Dominio Magnético (Paris)

    [J. Ferré, LPS Paris]


    Dominio Magnético (Bariloche)

    Dominio de ∼50 μm de ancho [paredom, Bariloche]

    Modelo

    A pesar de la amplia variedad de escalas involucradas en los ejemplos dados, la dinámica de las interfases mencionadas es similar. Si uno mide la rugosidad y la velocidad con la que se desplaza la interfase, en todos los ejemplo dados pueden observase los mismos exponentes dinámicos.

    Tomando una porción correspondiente de cada sistema, la interfase puede considerarse como una línea plana (aunque rugosa). A su vez, la línea mencionada la estudiamos como compuesta por elementos unidos por resortes. Por lo tanto decimos que la línea es elástica, con resortes que tratan de “aplanarla”, retrasando a los elementos más adelantados a sus vecinos y viceversa. Por otro lado, la línea se desplaza en un medio inhomogéneo, rugoso, que por tener pozos y montañas hace que algunas partes de la interfase se retrase y otras avancen fácilmente. Además, la línea es empujada homogéneamente por una fuerza externa e, incluso, consideramos la aplicación de una temperatura como fuerza locales que actúan sobre cada elemento de manera aleatoria e independiente. De esta manera, puede escribirse la siguiente ecuación que resume el modelo que implementamos en nuestra investigación

    Ecuación qEW

    Así estudiamos la velocidad y la rugosidad, entre otros observables, para describir la dinámica.

    En cuanto a las mediciones experimentales, buscamos describir en particular lo que se observa para los dominios magnéticos mencionados en los ejemplos. En ellos se mide la velocidad, en la que pueden observarse distintos regímenes en función del campo externo y la temperatura aplicadas.

    Regímenes de la dinámica

    Velocidad de la pared de dominio en una película delgada de Pt/Co(0.45 nm)/Pt [Gorchon et al., 2014] y regímenes observados.

  • Investigadores

    El estudio de la difusión con interacción ha tenido una derivación en otro campo: la estadística cuántica. Un problema frecuente es el de analizar cómo se comporta el coeficiente de difusión en función de la interacción entre partículas; es decir, conocemos la interacción y queremos conocer la difusión. Un problema no tan frecuente pero también interesante es el inverso: conocemos el coeficiente de difusión y queremos conocer la interacción que, a su vez, nos da la distribución de equilibrio del número de partículas. Si suponemos un coeficiente de difusión libre, independiente de la concentración, debemos obtener ausencia de interacción, y estadística de Maxwell-Boltzmann. Usando una teoría de campo medio desarrollada en Phys. Rev. E 92, 062118 (2015), obtenemos en el caso de difusión libre no solo la estadística de Maxwell-Boltzmann, sino también la de Bose-Einstein y la de Fermi-Dirac. Es decir, la hipótesis de coeficiente de difusión libre en el espacio de energía puede considerarse como una forma alternativa de deducir las estadísticas cuánticas. Surge, además, una cuarta estadística, que llamamos de ewkones, que, dadas las características termodinámicas de un gas de ewkones, podría ser útil para la descripción de energía oscura

    Publicaciones:

    Quantum statistics of classical particles derived from the condition of a free diffusion coefficient

    From creation and annihilation operators to statistics

    Exotic statistics for particles without spin