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El Instituto de Física cerró el año de eventos dedicados al centenario del natalicio del doctor Marcos Moshinsky, así como de la década de la instauración de la Fundación que lleva su nombre, con una mesa redonda dedicada a la física de la materia condensada.

La conmemoración contó con la presencia de cuatro investigadores que han sido reconocidos con la Cátedra Marcos Moshinsky, otorgada por la Fundación y por el IFUNAM, para apoyar la carrera de jóvenes académicos con producción científica sobresaliente. En la mesa estuvieron la Dra. Mildred Quintana Ruiz, del Instituto de Física de la Universidad Autónoma de San Luis Potosí; el Dr. Ramón Castañeda Priego, de la División de Ciencias e Ingenierías de la Universidad de Guanajuato; el Dr. Felipe Pacheco Vázquez, del Instituto de Física de la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla, y el Dr. Luis Antonio Pérez López, del Instituto de Física de la UNAM. Asimismo, la Dra. Cecilia Noguez Garrido, directora de la Fundación Marcos Moshinsky y del Instituto de Física, fue la encargada de moderar dicho evento.

El acontecimiento tuvo como propósito mostrar los trabajos de investigación realizados por cada uno de ellos en el área de la materia condensada, mismos que se han podido llevar a cabo en parte con el apoyo de la Cátedra Marcos Moshinsky. Además, cada uno de los académicos presentó las perspectivas a futuro para sus áreas correspondientes, así como de la materia condensada y de la actividad científica en general.

El Dr. Ramón Castañeda Priego, Cátedra Marcos Moshinsky en el 2014, explicó que la materia condensada blanda engloba a los materiales autoensamblantes, fácilmente deformables por la aplicación de campos externos que tienen una magnitud del orden de la energía térmica. Destacó que una pregunta de investigación de interés es conocer cómo se puede manipular el proceso de autoensamblaje para poder diseñar estructuras que impartan diferentes propiedades físicas a los materiales. Enumeró líneas de investigación que se han desarrollado, como son entender las fuerzas efectivas entre macromoléculas en un medio ambiente acuosos, por ejemplo proteínas en el torrente sanguíneo, para entender la física que emerge en sistemas formados por muchos cuerpos; en la dinámica coloidal de materiales cuando su geometría está restringida o cuando viven en espacios no euclidianos; en aspectos de inteligencia computacional; en el diseño de materiales híbridos, así como en microfluídica y adsorción selectiva de partículas en superficies con ciertos patrones. Además, recordó que el Coloquio Marcos Moshinsky es el evento más importante dentro de la División a la que él pertenece, en la Universidad de Guanajuato.

Por su parte, el Dr. Felipe Pacheco Vázquez destacó que la materia condensada también involucra a sistemas de tamaños de mayores micrómetros. En esta área se embebe la materia granular, donde él desarrolla su trabajo de investigación y que se entiende como un conjunto de partículas lo suficientemente grandes como para despreciar su movimiento browniano. “Los encontramos en muchos escenarios, desde granos, productos para construcción, en la minería, industria farmacéutica, fertilizantes, etcétera”, enumeró. Destacó que la comunidad científica comenzó a interesarse por estos materiales granulares debido a que pueden comportarse como un sólido, como un líquido que fluye bajo el efecto de la gravedad, y como un gas: las fumarolas de un volcán, que liberan material piroclástico en gases, pero que también forman deslaves por las laderas del cono son un ejemplo de esto. Su principal aportación, que ha sido en parte apoyada con la Cátedra Marcos Moshinsky 2020, ha sido trabajar con materiales granulares para reproducir de forma experimental la formación de cráteres por impacto, específicamente en contextos lunares y de otros cuerpos del espacio exterior; lo mismo que en compresión de granulares, estabilización de burbujas granulares, y dinámica de fluidos a través del efecto Leidenfrost.

El Dr. Luis Antonio Pérez López, Cátedra Marcos Moshinsky 2015, habló sobre el apoyo que recibió para desarrollar su trabajo en la física de sistemas de baja dimensionalidad, lo que incluía el estudio de la materia condensada en las fases superconductoras y en sistemas semiconductores. Como parte de su trabajo de investigación, su enfoque ha sido conocer el efecto que tiene el tamaño y dimensionalidad sobre las propiedades físicas de dichos materiales. “El esclarecimiento del mecanismo que da lugar a la superconductividad se han descubierto materiales, como los cerámicos superconductores de alta temperatura crítica, sales orgánicas superconductoras, basados en hierro y en arsénico. Este es uno de los temas centrales en la física de la materia condensada y en general es un problema abierto en toda la física,” explicó. Con su grupo de trabajo ha desarrollado un modelo basado en ciertas interacciones, llamadas de carga-enlace, lo que les ha permitido demostrar que pueden dar lugar a todas las simetrías de brechas superconductoras que se observan en la naturaleza. Con este proyecto han podido estudiar el comportamiento de la brecha superconductora, la temperatura crítica y la capacidad calorífica electrónica de superconductores no convencionales cuando son sometidos a campos magnéticos externos. Asimismo, habló sobre su trabajo en semiconductores, especialmente en el estudio de la modulación de la brecha de energía por medio de la morfología, dimensión y pasivación superficial en nanoalambres y nanohojas.

Finalmente, la Dra. Mildred Quintana Ruiz, Cátedra Marcos Moshinsky 2018, habló de su trabajo de materiales 2D con diseño molecular. Explicó que los materiales bidimensionales tienen pocos átomos de espesor, incluso de un sólo átomo, como es el caso del grafeno, mismo que ha dedicado los últimos 15 años en su estudio. Por lo tanto, una pregunta abierta es conocer cómo dependiendo de la síntesis en la que se produzca un material bidimensional es posible obtener diferentes propiedades, así como predecir sus propiedades, ya sea aislante o superconductora. A partir de esto, ha desarrollado aplicaciones en sensores médicos, así como aprovechamiento y almacenamiento de energía, por mencionar dos ejemplos. Además, agregó que se encuentra realizando una investigación para conocer las propiedades que surgen del apilamiento de capas bidimensionales de materiales con distintas características físicas. Al finalizar, agradeció la libertad que la Cátedra dota para realizar investigación científica a una escala global, así como para formar personal altamente calificado a través del apoyo brindado.

Luego de una síntesis sobre las presentaciones, a cargo de la Dra. Cecilia Noguez, la directora del IFUNAM abrió una segunda intervención para que los ponentes hablaran sobre las perspectivas a futuro de sus respectivos campos, así como las preguntas de investigación abiertas.

La Dr. Mildred Quintana destacó dos vertientes a futuro: primero, la posibilidad de manipular, controlar y medir la materia a nivel atómico; y, por otro lado, “la necesidad de desarrollar materiales funcionales, económicos y que ayuden a resolver problemas, como la contaminación ambiental, la generación de energías limpias o la detección de compuestos”, comentó. Asimismo, consideró a la colaboración entre diferentes áreas como un punto importante, a lo que se debe sumar la necesidad de mejorar el lenguaje para enriquecer la comunicación entre diferentes disciplinas, “para resolver problemas futuros y con cualquiera que tenga una necesidad científica”, concluyó.

Por su parte, el Dr. Luis A. Pérez destacó que resulta interesante conocer cuál es el mecanismo que da lugar al apareamiento de electrones en todos los materiales nuevos, además de que conseguir la superconductividad a temperatura ambiente representará un crecimiento de sus aplicaciones en la vida cotidiana. Sumó el hecho de que se conocen otras fases de la materia condensada, llamadas fases topológicas o materia condensada topológica, junto con los aislantes topológicos, a los que se suma la búsqueda de superconductores topológicos, “que podrán utilizarse eventualmente para los qubits en las computadoras cuánticas”, mencionó. Finalmente, cerró su participación comentando que en su área de trabajo “tenemos tres vertientes: la búsqueda de temperaturas críticas a medio ambiente, la búsqueda de los mecanismos que dan lugar a estos pares de Cooper en estos nuevos materiales, la búsqueda de superconductores topológicos que presenten estos estados de Majorana en su superficie o en los vórtices y que den lugar al crecimiento en la computación cuántica”, enlistó.

El Dr. Felipe Pacheco destacó que el hecho de que la comprensión del flujo de materiales granulares es uno de los mayores problemas no resueltos en física. Recordó que los físicos de materia condensada blanda trabajan con partículas esféricas, una situación que se vuelve compleja cuando se asume que tienen rigidez, rugosidad y dureza, o que se debe considerar la fricción, entre muchos otros factores. “Uno de los grandes retos de la física en materia granular es unir todas las características y propiedades de los granos para entender mejor cómo se da un flujo granular, hasta la disipación de la energía en estos sistemas”, concluyó.

Finalmente, el Dr. Ramón Castañeda consideró que “en la física de la materia condensada hay retos conceptuales y científicos importantes, principalmente entender a la materia cuando tenemos fenómenos altamente disipativos o cuando ésta accede a estados termodinámicos de no equilibrio”. A esto, agregó que la vinculación del sector industrial con el conjunto de conocimientos generados como parte de la actividad científica es uno de los retos más grandes que existen en la sociedad científica. “Tenemos un gran reto para crear espacios en la academia para los jóvenes, pero también el reto es cómo vamos a poder crear más espacios laborales con esta formación altamente competitiva. Tal vez en la industria está la respuesta”, analizó. Además de enumerar algunos ejemplos, agregó una experiencia personal donde logró unir a la industria con la materia condensada blanda en el contexto de la pandemia por COVID-19.

Durante la sesión de preguntas y respuestas, se habló sobre algunos retos, como el financiamiento. Cabe destacar que en la parte final de la sesión participó el Dr. Peter Hess, presidente actual de la Fundación Marcos Moshinsky, así como integrantes de la familia Moshinsky.