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Caucho material topológico Juan Manuel Cruz
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Juan Carlos Gil responde a una pregunta de Juan Manuel Cruz sobre si el caucho es un material topológico, explicando que no lo es debido a la falta de invariantes numéricos enteros, pero sí comparte características con los temas discutidos anteriormente.
…y me fusilen a preguntas, porque siempre me pasa. Y que si se llama Vivianita, malo será que no haya un poco de vivividilla, ¿no? Exacto, exacto. Recordar que es el apellido de Vivian. Sí, es el apellido del tipo. Hay criaturas vivíparas y ovíparas, ¿no? Pues ya sabemos cómo son las de Marte y ovovivíparas. Es verdad, pero son muy raras. Bueno, venga. Pues, caramba. Coge otra pregunta, la que sea. Juan Manuel Cruz pregunta: ¿se puede decir que el caucho es un material topológico? Así es la mirante, pues no, porque no tiene un invariante de números enteros de una propiedad, no sé qué, pero sí que tiene un rollo de lo que hemos estado hablando, lo que pasa es que no está dirigido, la estructura no está dirigida para formar sus propiedades, pero sí que son cadenas muy largas que se entrelazan entre ellas de forma amorfamente, eso no dirigida, y que da lugar a sus propiedades realmente increíbles, su flexibilidad, su número de Young muy bajo y también recordemos el proceso del vulcanizado. ¿Os acordáis? El vulcanizado es un tratamiento que se le hace a la espuma de látex, de tal forma que se establecen puentes de disulfuro entre las distintas cadenas entrelazadas que le dan una resistencia todavía superior. O sea, no se puede decir desde luego que sea un material topológico, pero bueno, tiene unos indicios de lo que hemos estado hablando de tejidos que afianza el hecho de que la función y las propiedades de un material macroscópico no dependen solo de su estructura química. Hay varios niveles de complejidad. Exactamente. Muy bien. A ver, Borja, por ejemplo, esas rocas, que no entiendo muy bien la redacción, la parte final, pero bueno. Pregunta Javier García Peláez: ¿Esas rocas no pueden ser cristalización distintas con erosión por radiación en 3 millones de años o así? ¿Y naranjas, dos…
Significado #1 · Palabras #1
Juan Carlos Gil explica cómo la topología, o la forma en que los elementos estructurales de un material se organizan, es crucial para su función, citando ejemplos como fulerenos, aislantes topológicos y superconductores.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #6 · Palabras #6composición química nuevos materialesenlaces atómicos estructura materialestopología organización espacial materialesfulerenos cajas formadas carbonoaislantes topológicos conducen superficie aislantesuperconductores topológicos borde estados majoranaqubits ordenadores cuánticos francis…porque hablaba, además en inglés se dice, ¿cómo es? Arquitectured, Arquitected, Arquitected Materials. Sí, sí, yo no sabía muy bien cómo traducirlo en español, dije diseño. El español medio me lo he inventado, porque no se dice, bueno, no se llama de diseño. Pues sí, mira, cuando se piensan nuevos materiales o si te pones a diseñar nuevos materiales, solemos tener en cuenta tres factores: la composición química, cómo los átomos se enlazan entre sí y la estructura; vidrios, cristales o si acaso materiales granulares en estado sólido que es lo habitual. Pero hay otra dimensión en esto que a menudo pasa un poquito más desapercibida: que es la topología, la forma en la que los elementos estructurales de aquello que estás montando se organizan y se relacionan en el espacio. Hay ejemplos de materiales que deben parte de su función a su topología, como los fulerenos, que alguna vez hemos mencionado, estas cajas, balones de fútbol, formadas completamente por átomos de carbono, que son capaces de englobar dentro de ellas un grupo funcional. o cosas más cercanas a lo que nos suele contar Francis como los aislantes topológicos que conducen la electricidad por su superficie mientras que su interior es aislante o los superconductores topológicos, que el volumen globalmente es superconductor mientras que el borde puede abelgar una serie de estados robustos como los de Majorana que a veces ha hablado eso, Francis, como posible uso eventual una vez que se detecten, que creo que la cosa todavía está por ahí, pues es un uso eventual como qubits de ordenadores cuánticos Una estrategia topológica que se ha usado desde tiempos ancestrales para dotar a determinados materiales de resistencia, flexibilidad y adaptabilidad A formas es el entrelazado. El entrelazado, el tejido, si queréis, lo que es hacer telas con hilos, que ha sido usado desde hace mogollón para hacer telas, como decía, fibras textiles, redes de pesca, por ejemplo, o las cotas de malla medievales formadas por…
Juan Carlos Gil aclara la definición de 'material topológico', señalando que sus propiedades físicas están protegidas por invariantes matemáticos y que Francis Villatoro probablemente le corregirá en algún momento.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #2 · Palabras #5material topológico invariantes matemáticosfrancis villatoro corrige definición materialnúmeros enteros invariantes topológicosinvariantes topológicos fraccionessemi enteros materiales topológicoscarga topológica entera invariantesdivisores modificaciones materialesnudos y trenzados matemáticosfísica de estado sólido materia condensadaproteínas y adn como macromoléculasartículos anudando adnmanipulación topológica materialespropiedades electrónicas aislantes topológicossuperconductores topológicos propiedades cuánticaspropiedades mecánicas manipulación topológicapropiedades materiales relación partesfenómeno interesantísimo materiales tunablesmateriales modificables átomos enlaces…en lo que os quiero contar, y la clave es que las propiedades macroscópicas de estos materiales no derivan directamente de su composición sino de la relación entreespacial de los distintos chismitos, unidades estructurales pequeñitas que los forman. Aunque usa la palabra topología, quería también destacar que hay una definición precisa de material topológico, que son aquellos cuyas propiedades físicas están protegidas, por decirlo de alguna forma, por invariantes topológicos matemáticos que no domino yo. Esto, Francis me corregirá, que a menudo, no sé si siempre, bueno, pues están definidos como números enteros. Eso es siempre, Francis, no estoy. En principio sí, lo que pasa es que en algunos invariantes topológicos se usa algún tipo de fracción. A veces son semi enteros o múltiplos de tres. Se podría quitar el divisor porque el divisor es común, pero a veces se mantiene el divisor porque son modificaciones de materiales que tenían la carga topológica entera y entonces al aparecer un caso fraccionario se incorpora también el concepto de que es topología y no se cambia la definición de la carga. Me recordaba a unos conceptos matemáticos que también has discutido tú en el programa, como los nudos o los trenzados, que son objetos puramente matemáticos; o también existen materiales físicos que deriven de eso, no estoy seguro. Bueno, pero que tiene cierta conexión. En física de estado sólido o en materia condensada podemos trenzar ciertas propiedades del material. No es un trenzado físico del material, sino que es un trenzado de ciertas propiedades, la estructura de bandas, etc. Vale, entonces sí que ahí se podría hablar de materiales topológicos posiblemente. Sí, claro, con macromoléculas, como pueden ser tanto proteínas, como ADN, como muchos otros polímeros, si se puede hacer un trenzado, anudar y hacer cosas por el estilo. Se han publicado artículos anudando ADN, por ejemplo. Sí, bueno, el ADN daría para 27. Bueno, el caso es que haciendo este tipo de barrabasadas topológicas puedes afectar las propiedades electrónicas, como decíamos en los aislantes topológicos, cuánticas, como los superconductores topológicos, o a menudo simplemente mecánicas. A nadie se le escapa que las propiedades de un material sean modificables o emerjan, no de los átomos y sus enlaces, sino de cómo se relacionan las distintas partes del material entre sí. Bueno, pues obviamente es un fenómeno interesantísimo que abre la puerta a una cantidad posible de materiales que eso, que podríamos tunear cuando aprendamos más a hacerlo. Modificando su arquitectura y este tipo de cosas, estos materiales, arquitected materials, materiales diseñados, pues están estudiando por un montón de equipos y desde múltiples ángulos, algunos fascinante Y en este sentido os quería hablar de dos, de dos…
Juan Carlos Gil explica la evolución de los avances en materiales moleculares entrelazados, señalando que inicialmente dependían de una plantilla metálica para definir su topología.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #7materiales moleculares entrelazados plantilla metálicatopología material resultante plantilla órgano metálicostécnica defectos materiales plantillaavances espectaculares artículo…y las vas tejiendo formando esa malla muy similar a un tejido de ropa, está al cual, sí, pero yo no veía ninguna diferencia semántica entre ambos, pero si tú la ves, desde luego yo creo que es mejor tejido; tejido se entiende bastante guay. Bueno, ¿qué pasa? Más que nada por evitar que entrelazamiento tiene esa connotación del entrelazamiento cuántico que queríamos. Nada que ver, venga, pues vamos con tejido. Entonces los primeros avances que se hicieron eso hace 25 años era depositando los chismes que querías entrelazar en una plantilla, una plantilla típicamente metálica o formada por compuestos órgano metálicos con lo cual esto influía decisivamente la topología del material resultante; no se tenía mucho control, la plantilla que ponías era la que marcaba de forma definitiva el bicho que te salía y además sabemos que esa técnica producía materiales con un montón de defectos, un montón brutal de defectos. Bueno, pues en este artículo que os estoy introduciendo se hace un avance espectacular. Los autores han conseguido sintetizar, no entrelazar, sino sintetizar una red tejida, digamos, bidimensional de moléculas orgánicas sin metales, autoportante. Eso significa que es suficientemente fuerte su estructura como para automantenerse. Vamos, que si la…
Juan Carlos Gil explica las propiedades de las estructuras rígidas, destacando su alta resistencia con poco material y mencionando el coeficiente de Poisson negativo, que describe materiales que se expanden en una dirección al ser estirados o comprimidos.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #10estructuras rígidas alta resistenciacoeficiente poisson negativo materialesexpansión perpendicular al estiramiento…o granulares discretos, granulares, bolitas, arena, bolitas empaquetadas por ejemplo; o están formados por estructuras rígidas continuas, típicamente como andamios o barras o placas, quizá unas placas apiladas encima de otras; o como mucho cosas curvas. Ese es el tipo de cosas que típicamente dan estas estructuras rígidas, con lo cual tienen alta resistencia con poco material, por tanto bajo peso. Los hay de coeficiente de Poisson negativo, que he ido a recordar porque reconozco que no lo controlaba. El coeficiente de Poisson es lo que tienen algunos materiales que si los estiras o los comprimes en una dirección, en la dirección perpendicular sufren el mismo efecto. No sé, si coges una goma y la estiras longitudinalmente se aprieta en el extremo perpendicular; bueno, pues hay materiales que los estiras por un lado y se expanden por el otro, ¿vale? Pues típicamente esto es así. Y tienen otra cosa, bueno quizá un poquito complicada de expresar, que es acoplamiento entre deformaciones por corte y las normales a la dirección de aplicamiento. Es un poquito parecido a lo anterior, pero no es lo mismo, y se me ocurrió cuando miraba lo que…
Juan Carlos Gil explica cómo se asignan nombres a las unidades constructivas ('chismes') en los nuevos materiales PAMS, utilizando una nomenclatura específica con letras como X, N, A, B, D y B.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #18nomenclatura chismes materiales pamsrecta topológica como x en pamsestructura diamante identificada con dcúbica centrada cuerpo marcada con bnúmero enlaces partícula indicado por n…los seis de atrás, en fin, y eso; así es como forman estos bichos, porque estas partículas se entrelazan. Si no estuviesen entrelazadas, al soltarlas se desmoronarían sobre la mesa. Esto se ve mucho mejor de como lo he explicado en la figura 1 del artículo. Montan una nomenclatura para estos chismes que se están inventando X-N-ABC, donde la X es la recta topológica de la que parten. Usan D para la tipo diamante y B para la cúbica centrada en el cuerpo. B de body, body center. La N del centro es el número de enlaces por partícula: 4, 6, 8 y el ABC da cuenta de la forma del bloque estructural que se repite. Ring para anillo, Tet para tetraedro y así. Entonces, claro existen innumerables topologías posibles. Lo que hacen los tipos es elegir 8 casos representativos desde el J4Ring, 4 anillos en la configuración J, que no recuerdo cuál es, hasta la C6CO, donde la CO de este segundo caso alude al…
Juan Carlos Gil resume la importancia del diseño de materiales, indicando que ahora depende no solo de la química sino también de la geometría y topología.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #8diseño de materiales geometría topologíaunidades estructurales diseño de materialesmayra busca videos youtube…autoportantes; esto es fundamental porque si no, no tendría ningún tipo de aplicación y podrían eventualmente usarse en electrónica flexible, en sensores químicos muy chiquititos o en membranas selectivas que dejasen pasar a unas cosas y a otras cosas. En ambos casos el mensaje global es parecido. El diseño de materiales ya no depende solo de la química, sino también de la geometría, de la topología, de cómo se relacionan las unidades estructurales. Y hasta aquí lo que os quería contar. Hasta aquí puedo leer, que decía Mayra. Busco los vídeos. Los he publicado yo ya en el chat de YouTube. Pues nada, yo creo que es buen momento aquí para hacer la pausita Les recuerdo que este programa, la grabación, la emitimos en directo por YouTube Así que quien quiera puede conectarse los jueves a las 4 horas españolas o España Peninsular, las 3 horas…
Juan Carlos Gil responde a una pregunta de Juan Manuel Cruz sobre si el caucho es un material topológico, explicando que no lo es debido a la falta de invariantes numéricos enteros, pero sí comparte características con los temas discutidos anteriormente.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #1 · Palabras #1caucho material topológico juan manuel cruzinvariante números enteros cauchovulcanizado propiedades increíbles cauchovulcanizado espuma látex disulfuropuentes disulfuro resistencia superiormaterial topológico indicios tejidos…y me fusilen a preguntas, porque siempre me pasa. Y que si se llama Vivianita, malo será que no haya un poco de vivividilla, ¿no? Exacto, exacto. Recordar que es el apellido de Vivian. Sí, es el apellido del tipo. Hay criaturas vivíparas y ovíparas, ¿no? Pues ya sabemos cómo son las de Marte y ovovivíparas. Es verdad, pero son muy raras. Bueno, venga. Pues, caramba. Coge otra pregunta, la que sea. Juan Manuel Cruz pregunta: ¿se puede decir que el caucho es un material topológico? Así es la mirante, pues no, porque no tiene un invariante de números enteros de una propiedad, no sé qué, pero sí que tiene un rollo de lo que hemos estado hablando, lo que pasa es que no está dirigido, la estructura no está dirigida para formar sus propiedades, pero sí que son cadenas muy largas que se entrelazan entre ellas de forma amorfamente, eso no dirigida, y que da lugar a sus propiedades realmente increíbles, su flexibilidad, su número de Young muy bajo y también recordemos el proceso del vulcanizado. ¿Os acordáis? El vulcanizado es un tratamiento que se le hace a la espuma de látex, de tal forma que se establecen puentes de disulfuro entre las distintas cadenas entrelazadas que le dan una resistencia todavía superior. O sea, no se puede decir desde luego que sea un material topológico, pero bueno, tiene unos indicios de lo que hemos estado hablando de tejidos que afianza el hecho de que la función y las propiedades de un material macroscópico no dependen solo de su estructura química. Hay varios niveles de complejidad. Exactamente. Muy bien. A ver, Borja, por ejemplo, esas rocas, que no entiendo muy bien la redacción, la parte final, pero bueno. Pregunta Javier García Peláez: ¿Esas rocas no pueden ser cristalización distintas con erosión por radiación en 3 millones de años o así? ¿Y naranjas, dos…