*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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