Modelización de materiales a escala atómica
En los últimos años, el enfoque del campo de fase se ha erigido en el método preferente para modelizar microestructuras complejas durante transformaciones de fases, es decir, cambios del patrón de los átomos. Permite describir microestructuras y su evolución en el tiempo y en el espacio bajo condiciones realistas empleando variables conservadas y no conservadas. El objetivo del proyecto PHASEFIELD (Approximations to dynamic density functional theory - Phase field simulations on atomic scales) era aumentar las escalas de tiempo y de longitud de las simulaciones para modelizar el autoensamblado de puntos cuánticos e interacciones moleculares en dispositivos de microfluidos. En el proyecto se alcanzaron varios hitos en este sentido. La utilización del modelo de campo de fase permite modelar la microestructura de un material cristalino gracias a ecuaciones diferenciales parciales de alto orden. Normalmente no pueden solucionarse analíticamente, pero los investigadores del proyecto PHASEFIELD han desarrollado herramientas para resolverlas de manera numérica. Las ecuaciones continuas se sustituyeron por otras homólogas más discretas y la frecuencia temporal se adaptó para obtener soluciones útiles. El equipo de PHASEFIELD también estudió las aproximaciones hechas para derivar el modelo de campo de fase de la microestructura de los cristales empleando la teoría del funcional de la densidad atómica. La vinculación entre el formalismo de la teoría clásica y la ampliación más reciente del modelado de campo de fase tiene como objetivo aprovechar su conexión para el desarrollo de modelos a multiescala. Aunque se han realizado avances significativos, quedan muchos desafíos, por ejemplo determinar la capacidad del modelado de microestructuras para mostrar el modo adecuado de manipular materiales. Este es un aspecto fundamental en el control de calidad de materiales que define la funcionalidad final de estos. Por ejemplo, la estructura del cristal y el contenido de impurezas del silicio determinan su rendimiento electrónico. Hasta la fecha, el avance de la tecnología siempre ha ido de la mano de la capacidad para sintetizar materiales nuevos dotados con microestructuras organizadas complejas y sacar partido a sus propiedades. El modelado a escala atómica estudiado en PHASEFIELD probablemente cambie notablemente la manera de diseñar y fabricar materiales en el futuro próximo.
Palabras clave
Escalas atómicas, microestructura, PHASEFIELD, teoría del funcional de la densidad, material cristalino
