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Borja TosarJuan Carlos GilFrancis VillatoroHéctor Socascomposición química nuevos materialesenlaces atómicos estructura materialestopología organización espacial materialesfulerenos cajas formadas carbonoaislantes topológicos conducen superficie aislantesuperconductores topológicos borde estados majoranaqubits ordenadores cuánticos francisJuan Carlos GilFrancis VillatoroMajoranaMayraYouTubeJ4RingC6COArquitected MaterialInglésMateriales diseñadosMateriales estructuradosPAMSMateriales estructurados policatenados
Topología organización espacial materiales
Con
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Juan Carlos Gil explica cómo se consideran factores como la composición química, los enlaces atómicos y la estructura al diseñar nuevos materiales.
…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…
Significado #1 · Palabras #1
Juan Carlos Gil explica cómo se consideran factores como la composición química, los enlaces atómicos y la estructura al diseñar nuevos materiales.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #1 · Palabras #1composición 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 #4 · Palabras #7materiales diseñados relación espacialarquitected materials función estructurapropiedades macroscópicas unidades estructuralesmaterial topológico invariantes matemáticosfrancis villatoro corrige definición materialnúmeros enteros invariantes topológicosinvariantes topológicos fraccionessemi enteros materiales topológicoscarga topológica entera invariantesdivisores modificaciones materiales…para hacer telas, como decía, fibras textiles, redes de pesca, por ejemplo, o las cotas de malla medievales formadas por anillitos, que eran flexibles, no pesaban muchísimo y eran, sin embargo, muy útiles para los espalazos. Bueno, pues estas ideas de Juntar elementos y hacer una estructura que afecta la función últimamente está inspirando una serie de materiales que se llaman así en inglés: Arquitected Material. Yo usaré la palabra diseñados o estructurados 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…
Juan Carlos Gil continúa explicando cómo la manipulación topológica de materiales puede influir en sus propiedades físicas.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #3manipulación topológica materialespropiedades electrónicas aislantes topológicossuperconductores topológicos propiedades cuánticaspropiedades mecánicas manipulación topológica…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…
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 #7 · Palabras #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 reflexiona sobre la necesidad de realizar simulaciones mecanocuánticas precisas para comprender mejor el proceso de polimerización del material 2DWPN-1 y cómo las moléculas pequeñas se organizan bajo la influencia del disolvente.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #20moléculas pequeñas efecto disolventeorganización molecular bajo disolvente…por encima, con lo cual se te desmorona. Es decir, son los efectos estéricos de ese doble metilo del disolvente el que, vete tú a saber cómo, consigue que la polimerización resulte de esa forma tan precisa y con tan pocos defectos. O sea, esto está llamando. a gritos, me está pidiendo el cuerpo hacer una simulación, si es posible, mecano cuántica para que sea precisa, ojalá estemos, en fin, seamos capaces de acceder a este tipo de simulación porque es fascinante O sea, si imagináis, estamos poniendo moleculitas realmente pequeñas y por el efecto del disolvente se van organizando para pasar, ahora te toca a ti, ahora voy yo, bueno, sin una proteína, sin una enzima que dirija aquello Fijaros, es un tejido que se autocose, que se autoteje. Bueno, pues es una forma de tejido. Son hilos que los pones ahí y ellos mismos dicen: uy, la configuración de mínima energía es formar un tejido. Ni siquiera son hilos al principio, Francis, son…
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 #15materiales 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 #14 · Palabras #5diseño 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 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 #6 · Palabras #4diseño 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…