Nuevas herramientas de estudio de la dinámica a nivel atómico
Europa necesita contar con una variedad de fuentes de energía sostenibles, campo en el que la luz solar resulta de gran interés. También se requieren soluciones para el almacenamiento de datos en soporte magnético con una capacidad sensiblemente superior a la de los recursos actuales de cara a lidiar con la creciente avalancha de información propia de nuestro tiempo. Pese a que no cabría esperar que un único proyecto de investigación abordara ambos cometidos, lo cierto es que ahondar en los preceptos de la dinámica ultrarrápida en materiales reales lo hace posible. En el marco de las labores del proyecto CRONOS (Time dynamics and control in nanostructures for magnetic recording and energy applications) se ha logrado desarrollar una teoría cuantitativa, flexible y plenamente atomística de la dinámica ultrarrápida. Basarse en el enfoque de la teoría del funcional de la densidad dependiente del tiempo (TDDFT, time-dependent density functional theory) ha resultado fundamental para la investigación a este respecto. Los científicos han implantado una serie de herramientas en los códigos básicos ELK y Octopus que permiten realizar cálculos nuevos, a saber, condiciones periódicas de contorno en sólidos y pulsos láser de intensidad y forma arbitrarias. También han inventado funcionales de intercambio y correlación nuevas que permiten realizar cálculos más exactos en materiales reales. Mediante su labor pionera, los miembros de este proyecto han demostrado la coherencia de la transferencia energética en materiales de células solares orgánicas. En concreto, han demostrado que durante la formación de excitones la densidad de carga y la energía correspondiente oscilan coherentemente entre el donador y el aceptor. Estos resultados son de la mayor consecuencia, dado que validan un elevado número de estudios sobre la transferencia energética coherente en la conversión de la energía solar y posiblemente en el campo de la biología. Hasta el momento no se había realizado ningún estudio dinámico a nivel electrónico sobre sistemas magnéticos. Los científicos han logrado explicar de manera satisfactoria los procesos microscópicos que rigen la desmagnetización ultrarrápida de los metales magnéticos. Se ha determinado y comprobado una ley que relaciona la intensidad del acoplamiento espín-órbita con la velocidad de desmagnetización. Esta ley se cumple en todos los materiales magnéticos con independencia de su orden macroscópico (ferromagnéticos, antiferromagnéticos o ferrimagnéticos). Además, el equipo ha investigado en profundidad las respuestas ópticas de las interfaces entre materiales magnéticos y no magnéticos. Habiendo avanzado en la teoría del control cuántico óptimo, los científicos pueden ahora diseñar pulsos láser capaces de provocar una generación de armónicos altos en moléculas. Básicamente, esto significa que se puede manipular técnicamente la respuesta en frecuencia de los objetos reales. Se ha llevado a cabo una labor similar con relación a la dinámica del espín electrónico aplicada a puntos cuánticos y a metales de transición en masa. Los resultados del proyecto CRONOS han aparecido en más de ciento cuarenta artículos de investigación publicados en revistas especializadas arbitradas. Asimismo, los investigadores participantes en el proyecto han impartido más de cien conferencias en eventos internacionales y han organizado unos veinte talleres y simposios con ocasión de diversos certámenes.
Palabras clave
Dinámica ultrarrápida, energía solar, magnetización, materiales magnéticos, teoría atomística
