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Borja TosarJuan Carlos GilFrancis VillatoroHéctor Socasmaterial 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 enlacesarquitected materials equipos investigaciónmateriales diseñados escalas distintasobjetivo crear materiales entrelazadosFrancis VillatoroJuan Carlos GilJuan Manuel CruzMajoranaMayraYouTubeCaltechCaliforniaUNAMADNJ4RingC6COWubben Polymer Network2DWPN-1PAMSMateriales estructurados policatenadosGimlimateriales PAMS
Semi enteros materiales topológicos
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Francis Villatoro aclara que algunos invariantes topológicos utilizan fracciones, como semi enteros o múltiplos de tres, para modificar materiales con carga topológica entera.
…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 artículos que hacen este tipo de cosa a escalas muy distintas y con, en fin, mecanismos distintos pero que apuntan al mismo objetivo Crear materiales, en este caso ambos dos, entrelazados Con nuevas propiedades, el primer artículo se titula Monocristales de redes poliméricas, tejidas bidimensionales, autoportantes y puramente orgánicas. Hace mucha gracia cuando en un título de un artículo describes, haces un mini abstract; la verdad. Bueno,…
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 #4 · Palabras #7composición 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…
Francis Villatoro aclara que algunos invariantes topológicos utilizan fracciones, como semi enteros o múltiplos de tres, para modificar materiales con carga topológica entera.
Habla: Francis VillatoroSignificado #1 · Palabras #1material 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 enlacesarquitected materials equipos investigaciónmateriales diseñados escalas distintasobjetivo crear materiales entrelazados…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 artículos que hacen este tipo de cosa a escalas muy distintas y con, en fin, mecanismos distintos pero que apuntan al mismo objetivo Crear materiales, en este caso ambos dos, entrelazados Con nuevas propiedades, el primer artículo se titula Monocristales de redes poliméricas, tejidas bidimensionales, autoportantes y puramente orgánicas. Hace mucha gracia cuando en un título de un artículo describes, haces un mini abstract; la verdad. Bueno,…
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 #6materiales 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 comenta sobre un nuevo material llamado 2DWPN-1 y explica su nombre, que alude a ser un material bidimensional con una red polimérica tejida. Describe cómo este material se diferencia de trabajos anteriores al no usar plantillas metálicas.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #16material bidimensional 2dwpn-1red polimérica tejida wubbenenlaces dativos boronitrógenopolimerización in situ moléculas pequeñas…prácticamente libre de defectos. A ver, en mi opinión lo que empaña un poco este fabuloso resultado es el nombre que han elegido para el material 2DWPN-1. Colín, tenemos al teflón, tenemos al rayón. Chico, algo chulo. Bueno, el nombre alude directamente al 2D, a qué es un material bidimensional, y el WPN es un acrónimo de red polimérica tejida, Wubben Polymer Network en inglés. Pues eso, este material no se teje usando plantillas metálicas como en trabajos anteriores, sino que se polimeriza in situ. Y se polimeriza a partir de moléculas pequeñas ya de forma tejida. La clave son los enlaces dativos boronitrógeno; los enlaces dativos es cuando un elemento aporta los dos electrones y otro lo recibe, típicamente en enlaces covalentes cada uno aporta uno, típicamente. De tal forma que estos enlaces boronitrógeno son razonablemente flexibles, lo que van a permitir que la tensión del Tejido no dé al traste con el material que se está, ya os digo, polimerizando y tensando in situ, según se van formando. Esto se hace de forma autoorganizada, no hay catalizadores, no hay plantillas como antes, simplemente las moléculas que se polimerizan,…
Juan Carlos Gil describe la composición y origen de un artículo científico, destacando que los autores son estadounidenses y provienen principalmente del estado de California, incluyendo instituciones como Caltech.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #12artículo científico california caltechmateriales estructurados geometría propiedadesgranulares discretos empaquetados ejemploestructuras rígidas continuas andamios placas…cuando empezamos a hacer Coffee Break hace 10 años, nombrar un coautor chino era como una cosa exótica y era la comidilla y hacíamos bromas y tal. Ahora ya, hoy en día, es raro el programa en el que no hablemos de paper con autores, incluso de primer autor. Chinos o incluso de instituciones chinas. El primer artículo eran instituciones chinas; estos no, estos están en Caltech. Son nueve autores en total y son todos de California: no solo Caltech, también otros centros, pero son todos americanos. Decíamos estos materiales estructurados o diseñados, cuyas propiedades emergen no de la composición sino de la geometría. Son típicamente de dos tipos: 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…
Juan Carlos Gil explica cómo se diseñan los nuevos materiales PAMS, describiendo que parten de redes espaciales conocidas como cristales y asignan a cada nodo una unidad constructiva hueca llamada 'chisme' o partícula.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #17materiales pams cristalespartícula chisme unidad constructivahuecos para enlazar materiales…terrosos y los discretos, entre los discretos y los continuos; quería decir que es lo que han llamado PAMS, P-A-M, de Polycatenated Architected Material, que es exactamente el nombre del artículo: materiales estructurados policatenados en tres dimensiones. Lo que hacen para diseñar estos materiales es partir de redes espaciales conocidas, como las cristalográficas, y asignan a cada nodo del supuesto cristal una unidad constructiva hueca, un chisme, que ellos llaman partícula, que puede ser toros o poliedros abiertos en los que solamente tenemos los vértices. La cosa es que necesitamos huecos para enlazarlos entre sí. Esa es la gracia. En una red cúbica centrada en el cuerpo, por ejemplo, plantan un cubo en cada vértice más pequeñito, pero hueco, solamente con las mallas de los vértices y de las Aristas, pero entrelazados entre sí. Cada uno con los cuatro de arriba, abajo, derecha, izquierda, 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…
Juan Carlos Gil continúa explicando el diseño de los materiales PAMS, mencionando que se seleccionan ocho topologías representativas desde el J4Ring hasta la C6CO.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #14diseño materiales pams j4ringtopologías representativas c6cocuboctahedro poliedro pams…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 cuboctahedro, otro poliedro que hay por ahí y lo que hacen, bueno, su sueño inicial era hacerlo de. Forma atómica, pero no les daba; han empezado haciéndolo macroscópicamente. Usan herramientas CAD para diseñar estas estructuras y las imprimen en 3D. Cada elemento, como el cubo octaedro o los anillos, tienen nada, un par de milímetros; son realmente muy…
Juan Carlos Gil continúa la explicación sobre los materiales PAMS, comparándolos con las mallas medievales y destacando su comportamiento intermedio entre sólidos rígidos y materiales granulares.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #18redes tridimensionales como sólidosmateriales granulares comportamiento fluidorobótica blanda aplicaciones pamsestructuras con amortiguación inteligente…materiales tejidos, que diría Francis, pero obviamente a diferentes escalas y con distintas aproximaciones. Los PAMS recuerdan de alguna forma las mallas medievales, lo que pasa que estamos hablando de 3D. La cota de maya. La cota de maya de... Gimli es el... Gimli es el de la escena graciosa, el enano. El enano, Gimli. ¿Qué pasa? Que en este caso son redes tridimensionales de cositas entrelazadas y recordad que pueden comportarse como casi sólidos o como casi fluidos, no son tan rígidos como un cristal ni tampoco tan libres como un material granular, están ahí en un espacio intermedio y eso siempre es bueno para tener más opciones para hacer materiales. Aventuran en los autores, creo que no en el artículo, sino en una rueda de prensa, bueno, pues que podrían tener aplicaciones en robótica blanda, que está pegando muy fuerte, en materiales sensibles a estímulos, en amortiguación inteligente o en estructuras que necesiten Reconfigurarse. Por otro lado, teníamos estos tejidos 2D que son verdaderas láminas moleculares con patrones de tejidos de toda la vida. Hemos hecho biomimesis antes de saber que existía eso en la naturaleza y resultan chismes flexibles, autoportantes; esto…
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 #5diseño 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 #10 · Palabras #3caucho 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…