{"id":135,"date":"2018-01-09T15:46:24","date_gmt":"2018-01-09T15:46:24","guid":{"rendered":"http:\/\/www.icmm.csic.es\/fronteras\/?page_id=135"},"modified":"2024-11-06T08:47:50","modified_gmt":"2024-11-06T08:47:50","slug":"temario-curso-fronteras-en-ciencia-de-materiales-ii-propiedades-a-la-carta-para-nuevas-tecnologias","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/wp.icmm.csic.es\/fronteras\/temario-curso-fronteras-en-ciencia-de-materiales-ii-propiedades-a-la-carta-para-nuevas-tecnologias\/","title":{"rendered":"Temario Curso Fronteras en Ciencia de Materiales II: Propiedades a la carta para nuevas tecnolog\u00edas"},"content":{"rendered":"

1. Simulaci\u00f3n de Materiales<\/strong><\/h3>\n

Introducci\u00f3n a la Simulaci\u00f3n Atom\u00edstica de Materiales<\/strong>
\nJ.I. Mart\u00ednez Ruiz
\n<\/em><\/strong><\/p>\n

Ya ha transcurrido m\u00e1s de medio siglo desde que vieran la luz los primeros trabajos que sentaron las bases de lo que hoy conocemos como Simulaci\u00f3n Atom\u00edstica de Materiales, los cuales dieron paso a t\u00e9cnicas como la Din\u00e1mica Molecular (MD) y Monte Carlo (MC). Con los recientes avances t\u00e9cnicos que permiten una elevada potencia computacional, junto al desarrollo de novedosas t\u00e9cnicas de programaci\u00f3n y algor\u00edtmica num\u00e9rica, la Simulaci\u00f3n de Materiales se ha convertido en una potente herramienta esencial para el estudio te\u00f3rico de materiales. En sus primeros tiempos, la Simulaci\u00f3n fue usada en combinaci\u00f3n con modelos sencillos, tales como el modelo de esferas duras o el fluido de Lennard-Jones; modelos gen\u00e9ricos que no aspiraban a ser representaciones realistas de ning\u00fan material concreto. A pesar de su simplicidad, estos modelos no permit\u00edan un tratamiento puramente anal\u00edtico. En la actualidad la Simulaci\u00f3n se emplea m\u00e1s frecuentemente junto con modelos mucho m\u00e1s sofisticados, que alcanzan una descripci\u00f3n m\u00e1s realista y precisa del sistema estudiado, lo que permite la realizaci\u00f3n de aut\u00e9nticos experimentos in silico<\/em>. As\u00ed pues, la simulaci\u00f3n ha pasado de ser un complemento computacional en el campo de la mec\u00e1nica estad\u00edstica a una herramienta ampliamente utilizada en Qu\u00edmica-F\u00edsica, F\u00edsica de la Materia Condensada, Biolog\u00eda, Geolog\u00eda y Ciencia de Materiales. El grado de precisi\u00f3n de los resultados de la Simulaci\u00f3n Atom\u00edstica de Materiales alcanzado en los \u00faltimos tiempos permite dotar a este marco metodol\u00f3gico de una gran predictibilidad de las propiedades de nuevos materiales, incluso antes de ser sintetizados y caracterizados en laboratorio, lo que habilita el pre-filtrado de los materiales candidatos m\u00e1s \u00f3ptimos dependiendo de la funcionalidad y aplicaci\u00f3n deseadas. El objetivo de esta clase es presentar las ideas b\u00e1sicas de la simulaci\u00f3n de materiales, desde los algoritmos esenciales a los modelos m\u00e1s frecuentemente utilizados, con la intenci\u00f3n de ilustrar las muchas posibilidades que ofrece la Simulaci\u00f3n de Materiales, y el amplio uso que se hace de las mismas en la investigaci\u00f3n cient\u00edfica en este campo. Asimismo, los m\u00e1s recientes avances permiten replicar mediante m\u00e9todos computacionales pr\u00e1cticamente cualquier t\u00e9cnica de caracterizaci\u00f3n de materiales que nos encontramos en los laboratorios m\u00e1s avanzados.<\/p>\n

Introducci\u00f3n al uso de t\u00e9cnicas de Inteligencia Artificial <\/strong>en <\/strong>Ciencia de Materiales<\/strong>
\nE. H<\/em><\/strong>ern\u00e1ndez<\/em><\/strong><\/p>\n

La Inteligencia Artificial (IA) es una disciplina de las ciencias de la computaci\u00f3n y las matem\u00e1ticas aplicadas cuyo objetivo es el estudio y desarrollo de algoritmos capaces de llevar a cabo tareas que tradicionalmente requieren intervenci\u00f3n humana, tales como la clasificaci\u00f3n de im\u00e1genes o la conducci\u00f3n de veh\u00edculos. Dentro de la IA, nos referimos al Aprendizaje Autom\u00e1tico (AA) como el desarrollo de algoritmos y sistemas inform\u00e1ticos capaces de emular la facultad del aprendizaje. Durante las \u00faltimas d\u00e9cadas la IA, y en particular el AA, han experimentado un considerable desarrollo, evolucionando desde un campo relativamente minoritario de las matem\u00e1ticas hasta convertirse en una disciplina de inmenso impacto no solo en las restantes disciplinas de la ciencia y la tecnolog\u00eda, sino incluso en nuestra vida diaria.<\/p>\n

El objetivo de esta clase es presentar las ideas b\u00e1sicas de la IA y describir c\u00f3mo algunas de estas ideas se est\u00e1n aplicando en el campo de la Ciencia de Materiales como una herramienta de investigaci\u00f3n m\u00e1s. Introduciremos el concepto de Red Neuronal, que subyace a la mayor\u00eda de los desarrollos recientes en IA\/AA, y describiremos los distintos tipos de algoritmos empleados, tales como aprendizaje supervisado, no supervisado y aprendizaje reforzado, procurando ilustrar cada una de estas familias mediante ejemplos de su uso en problemas de Ciencia de Materiales.<\/p>\n

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2. Materiales el\u00e9ctricos y magn\u00e9ticos. Acoplamientos<\/h3>\n

Nuevas aplicaciones de nanomagnetismo pata tecnolog\u00edas de informaci\u00f3n<\/strong>
\nO. Fesenko<\/em><\/strong><\/p>\n

La clase est\u00e1 estructurada en dos partes. La primera se dedicar\u00e1 a nanoestructuras magn\u00e9ticas, describiendo los efectos de la reducci\u00f3n de dimensionalidad en las propiedades magn\u00e9ticas: efectos de tama\u00f1o y forma en nanoestructuras, interacciones fundamentales, estados de imanaci\u00f3n, etc. Se describir\u00e1n brevemente los principios fundamentales de micromagnetismo que permiten resolver las configuraciones magn\u00e9ticas y su evoluci\u00f3n temporal.<\/p>\n

En la segunda parte se hablar\u00e1 de uno de los temas de mayor repercusi\u00f3n tecnol\u00f3gica en el magnetismo actual, la grabaci\u00f3n magn\u00e9tica. Se har\u00e1 una introducci\u00f3n a los diferentes medios de grabaci\u00f3n y al problema fundamental del l\u00edmite superparamagn\u00e9tico. Se describir\u00e1n tambi\u00e9n nuevas propuestas para la grabaci\u00f3n magn\u00e9tica del futuro, incluyendo la interacci\u00f3n entre imanaci\u00f3n y corrientes polarizadas de esp\u00edn, y la descripci\u00f3n de osciladores esp\u00edn-torque.<\/p>\n

Diel\u00e9ctricos y ferroel\u00e9ctricos en microtecnolog\u00edas. Nanociencia y nanotecnolog\u00eda de ferroel\u00e9ctricos<\/strong>
\nJ. Ricote<\/em><\/strong><\/p>\n

Se har\u00e1 una breve revisi\u00f3n de la f\u00edsica de diel\u00e9ctricos, introduciendo los conceptos de piezoelectricidad y ferroelectricidad. Se describir\u00e1n dispositivos b\u00e1sicos en tecnolog\u00edas cer\u00e1micas, como condensadores y dispositivos de transducci\u00f3n electromec\u00e1nica, y se prestar\u00e1 atenci\u00f3n fundamentalmente al desarrollo de las aplicaciones actuales que conllevan una miniaturizaci\u00f3n, incidiendo tanto en los cambios f\u00edsicos como en el dise\u00f1o y potencial de los dispositivos en la micro- y nano-escala. Se considerar\u00e1n diel\u00e9ctricos integrados (transistores de efecto de campo semiconductor-\u00f3xido-metal, memorias din\u00e1micas de acceso aleatorio y memorias no vol\u00e1tiles ferroel\u00e9ctricas) y piezoel\u00e9ctricos integrados (sistemas microelectromec\u00e1nicos), procesos de nanoestructuraci\u00f3n en tecnolog\u00edas cer\u00e1micas e integradas, y efectos de tama\u00f1o y funcionalidad en los l\u00edmites \u00faltimos de la nanoescala.<\/p>\n

Acoplamiento magnetoel\u00e9ctrico y materiales multiferroicos.<\/strong>
\nH. Amor\u00edn<\/em><\/strong><\/p>\n

Definiremos qu\u00e9 es el efecto magnetoel\u00e9ctrico y los mecanismos de acoplamiento en los que se basa. Introduciremos los materiales multiferroicos magnetoel\u00e9ctricos, en los que se espera maximizar este efecto. En primer lugar, describiremos los materiales multiferroicos mono-fase, donde un solo material conjuga propiedades ferroel\u00e9ctricas y magn\u00e9ticas. Haremos una breve descripci\u00f3n de los materiales m\u00e1s relevantes y su clasificaci\u00f3n en funci\u00f3n del origen del acoplamiento magnetoel\u00e9ctrico.<\/p>\n

Entre los inconvenientes de los materiales multiferroicos mono-fase est\u00e1n las bajas temperaturas cr\u00edticas y la debilidad del acoplamiento magnetoel\u00e9ctrico. Presentaremos cu\u00e1les son las l\u00edneas de investigaci\u00f3n activas para solucionar estos problemas, prestando especial atenci\u00f3n a la alternativa con mayor repercusi\u00f3n en el dise\u00f1o actual de dispositivos: la fabricaci\u00f3n de materiales multiferroicos compuestos, que combinan dos materiales con distinto orden ferroico. Mostraremos los distintos tipos de estructuras en las que se basan, desde composites cer\u00e1micos hasta heteroestructuras epitaxiales, y sus mecanismos de acoplamiento. Indicaremos posibles aplicaciones y los retos que existen para su desarrollo.<\/p>\n

Destacaremos el papel de los efectos de baja dimensionalidad, donde tanto la existencia de fronteras (superficies, intercaras), como el confinamiento dan lugar a nuevas propiedades y fen\u00f3menos f\u00edsicos que constituyen una de las ramas m\u00e1s activas de investigaci\u00f3n en el campo.<\/p>\n

Espintr\u00f3nica<\/strong>
\nS. Gallego
\n<\/em><\/strong><\/p>\n

La espintr\u00f3nica es una tecnolog\u00eda emergente que pretende combinar las ventajas de la electr\u00f3nica tradicional de semiconductores con las de los dispositivos de grabaci\u00f3n magn\u00e9tica, introduciendo importantes mejoras en las prestaciones y evitando el colapso predicho por la creciente miniaturizaci\u00f3n de los componentes electr\u00f3nicos. Se trata adem\u00e1s de un \u00e1rea singular, donde los avances tecnol\u00f3gicos van ligados al descubrimiento de nuevos fen\u00f3menos f\u00edsicos.<\/p>\n

En esta clase haremos un breve recorrido hist\u00f3rico sobre los or\u00edgenes y evoluci\u00f3n de la espintr\u00f3nica, desde la conducci\u00f3n dependiente de esp\u00edn, a la magnetoresistencia y las uniones t\u00fanel magn\u00e9ticas. Introduciremos algunos conceptos f\u00edsicos esenciales y describiremos con detalle dispositivos representativos. Estableceremos las diferencias entre las distintas ramas de la espintr\u00f3nica ligadas a diversos tipos de materiales (metales, semiconductores, \u00f3xidos,…), y mostraremos c\u00f3mo la investigaci\u00f3n en espintr\u00f3nica ha dado lugar a la b\u00fasqueda de nuevos materiales de propiedades singulares (materiales magn\u00e9ticos dilu\u00eddos,\u00a0half-metals<\/em>, semiconductores magn\u00e9ticos, etc.).<\/p>\n

Finalmente, daremos una perspectiva general de las m\u00faltiples ramas de investigaci\u00f3n hacia las que la espintr\u00f3nica actual se diversifica, dependiendo tanto de las propiedades espec\u00edficas de los materiales en los que se basa, como de los mecanismos utilizados para la manipulaci\u00f3n de las corrientes de esp\u00edn.<\/p>\n

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3. Materiales \u00f3pticos. La frontera fot\u00f3nica<\/h3>\n

En este bloque tem\u00e1tico se describir\u00e1 una serie de fen\u00f3menos no intuitivos que aparecen cuando la luz interacciona con nuevos materiales (sistemas) que han aparecido en los \u00faltimos a\u00f1os. Dentro del curso fronteras en Ciencia de Materiales pretendemos introducir los fundamentos \u00f3pticos de la nanofot\u00f3nica y nanoplasm\u00f3nica, as\u00ed como de los l\u00e1seres de estado s\u00f3lido cristalinos y presentar los principales fen\u00f3menos f\u00edsicos\/qu\u00edmicos subyacentes que tienen lugar y sus aplicaciones en cada caso.<\/p>\n

Cada una de las tres clases se abordar\u00e1 con una breve introducci\u00f3n presentando los fundamentos b\u00e1sicos, preparaci\u00f3n y caracterizaci\u00f3n de los materiales, aplicaciones y desarrollos actuales de la investigaci\u00f3n y sus posibles l\u00edneas de avance. Se considerar\u00e1n problemas abiertos as\u00ed como aplicaciones presentes y futuras, planteando cu\u00e1les son las limitaciones actuales para resolverlos.<\/p>\n

La luz y los materiales<\/strong>
\nC. Pecharrom\u00e1n<\/em><\/strong><\/p>\n

a. Scattering de luz por part\u00edculas met\u00e1licas. Plasm\u00f3nica<\/em>
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