Gracias a proyecto Fondecyt Regular, el Dr. Francisco Peña espera con sus estudios forjar las bases de futuras innovaciones.
Una investigación en física teórica que busca generar fuentes de energía en sistemas cuánticos que aporten tanto a la ciencia básica como a futuras experimentaciones, se encuentra desarrollando el investigador de la Universidad Técnica Federico Santa María, Dr. Francisco Peña.
Al igual que la revolución industrial giró en torno a optimizar las máquinas de vapor, en la actualidad la revolución tecnológica cuántica busca dispositivos más pequeños, eficientes y sostenibles, por esta razón el proyecto se sitúa en la intersección entre termodinámica cuántica y espintrónica, aprovechando las propiedades cuánticas del espín y su excitación (magnones) como recurso termodinámico.
Según explica el investigador de la Dirección General de Investigación, Innovación y Emprendimiento (DGIIE) de la USM, cuya línea de investigación se centra en termodinámica cuántica, “en términos simples, los magnones son la forma cuantizada de las ondas de espín, es decir, excitaciones colectivas que ocurren en materiales magnéticos cuando se altera el orden de los espines. En este proyecto, precisamente, estudiaremos la termodinámica de estas excitaciones en el contexto de máquinas térmicas cuánticas, explorando cómo fenómenos como las transiciones de fase magnéticas y topológicas pueden influir en su eficiencia y rendimiento”. En este sentido, el Dr. Peña indica que “la idea, a escala nanoscópica, es tratar de extraer energía de sistemas aprovechando principios de la mecánica cuántica y utilizarla para transferirla a otro sistema. No se trata de algo macroscópico como mover un auto, pero sí, quizás, de alimentar dispositivos más pequeños como sistemas electrónicos de computación o celulares”.
Agrega que “mi objetivo es que estos estudios sobre obtención de energía en sistemas cuánticos puedan abrir el camino a nuevas formas de experimentar e implementar tecnologías. Tal vez hoy no veamos resultados inmediatos, pero en el futuro, podríamos tener, por ejemplo, una fuente de energía cuyo funcionamiento esté basado en principios distintos, desarrollados a partir de leyes cuánticas y nuevas formas de aprovechar la energía”.
El proyecto del investigador de la DGIIE se enmarca en la adjudicación del Fondecyt Regular de este año, cuyo nombre es “Máquinas térmicas cuánticas en imanes de van der Waals: el papel de transiciones de fase topológicas y magnéticas en el rendimiento de motores térmicos”. Este tendrá una duración de cuatro años y contará con la colaboración de los científicos Dr. Nicolás Vidal, de la Universidad de La Frontera; Dr. Roberto Troncoso, investigador en el área de magnetismo; Dr. Felipe Barra, de la Universidad de Chile; y Dr. Patricio Vargas, de la Universidad Técnica Federico Santa María.
Macro v/s nano
Para entender mejor el tema, el Dr. Peña precisa que la termodinámica, tradicionalmente, describe procesos a escala macroscópica, como los que ocurren en un motor de automóvil: se genera una conversión de energía térmica en energía mecánica, lo que permite el movimiento. “Ahora bien —señala—, si llevamos esa idea a una escala que no podemos ver directamente, como la nanoscópica, surge la pregunta de cómo extraer energía en ese régimen, y qué principios físicos deben aplicarse para lograrlo”.
En esa escala, entran en juego las leyes de la mecánica cuántica. Allí existen mecanismos particulares para obtener energía, por ejemplo, a partir de excitaciones magnéticas como los magnones. “Justamente eso es lo que buscamos estudiar y comprender en este proyecto: cómo diseñar ciclos termodinámicos cuánticos eficientes usando estos fenómenos que solo se manifiestan a nivel nanoscópico”, puntualiza el investigador.
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