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» » » Físicos crean el 'libro de recetas' para construir nuevos materiales

Referencia: ScienceDaily.com, 28 de diciembre 2012

Al demostrar que inyectando pequeñas partículas en un medio de cristal líquido éstas se adhieren según los actuales teoremas matemáticos, los físicos de la Universidad de Colorado Boulder, han abierto la puerta a la creación de una multitud de nuevos materiales con propiedades que no existen en la naturaleza.

Los resultados muestran que los investigadores pueden crear un "libro de recetas" para construir nuevos materiales de todo tipo usando la topología, un importante campo matemático que describe las propiedades que no cambian cuando un objeto se estira, se dobla o es "deformado continuamente" de cualquier otra manera. Publicado el 23 de diciembre en la revista Nature, el estudio es el primero en demostrar experimentalmente que algunos de los teoremas topológicos más importantes se sostienen en el mundo material real, señaló el profesor Ivan Smalyukh, de la facultad de física de CU-Boulder, autor principal del estudio.

La investigación puede conducir al mejoramiento de las pantallas de cristal líquido, como los utilizados en los ordenadores portátiles y las pantallas de televisión, permitiéndolas interactuar con la luz de formas nuevas y diferentes. Una de las posibilidades es la creación de pantallas de cristal líquido aún más eficientes con la energía, dijo Smalyukh, lo que permite extender la vida de la batería de los dispositivos que tiene conectados.

Smalyukh, el investigador postdoctoral Bohdan Senyuk, y el estudiante de doctorado Qingkun Liu, están preparando un experimento para crear coloides (soluciones en las que las pequeñas partículas se dispersan, pero no se disuelven, a través de un medio de soporte. Los coloides son comunes en la vida diaria e incluyen sustancias tales como la leche, gelatina, pintura, humo, niebla o crema de afeitar.

Para este estudio, los físicos crearon un coloide mediante la inyección de partículas minúsculas en un cristal líquido, una sustancia que se comporta parecido a un líquido y como a un sólido. Inyectaron las partículas con formas distintas, que representan bloques fundamentales de construcción de formas en la topología. Esto significa que cada una de las partículas es distinta de los demás y no se puede convertir en la otra sin cortar o pegar.

Los objetos que parecen diferenciados pueden considerarse aún de la misma topología si se pueden convertir en otro objeto mediante el estiramiento o la flexión.

En el campo de la topología, por ejemplo, un objeto con forma de donut y un objeto con forma de taza de café se tratan en realidad de la misma. Esto se debe a que una forma de donut puede ser "deformada continuamente" en una taza de café a través del hundimiento de un lado del donut. Sin embargo, un objeto con forma de donut no se puede convertir en una esfera o un cilindro, ya que el agujero del donut tendría que ser eliminado por "pegar" juntos los lados traseros del donut o por un "corte" lateral del donut.

Una vez inyectado en el cristal líquido, las partículas se comportaron como había predicho la topología. "Nuestro estudio demuestra que la interacción entre las partículas y la alineación molecular de los cristales líquidos siguen las predicciones de los teoremas topológicos, por lo que es posible utilizar estos teoremas para el diseño de nuevos materiales compuestos con propiedades únicas que no pueden ser encontradas en la naturaleza o sintetizadas por los químicos", explicó Smalyukh . "Estos resultados sientan las bases para nuevas aplicaciones en estudios experimentales de baja variedad dimensional topológica, con importantes ramificaciones potenciales en muchos campos de la ciencia y la tecnología".

Son también coautores del estudio Sailing He de la Zhejiang University de China, Randall Kamien y Tom Lubensky, de la Universidad de Pennsylvania, y Robert Kusner de la Universidad de Massachusetts, Amherst.


- Fuente: University of Colorado at Boulder.
- Diario Referencia: Bohdan Senyuk, Qingkun Liu, Sailing He, Randall D. Kamien, Robert B. Kusner, Tom C. Lubensky, Ivan I. Smalyukh. Topological colloids. Nature, 2012; DOI: 10.1038/nature11710 .
- Ver: List of geometric topology topics.
- Imagen: Esta imagen muestra cómo la luz polarizada interactua con una partícula inyectada en un medio de cristal líquido. Crédito: Bohdan Senyuk e Ivan Smalyukh de la CU-Boulder.
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Editor del blog Pedro Donaire

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