Cristales coloidales moleculares: Un modelo teórico. (2006)
Este es un proyecto de física teórica sobre el estudio de las transiciones de fases en soluciones coloidales. Un coloide es una macro-molécula que al disolverse en agua típicamente libera una gran cantidad de iones obteniendo entonces una carga eléctrica repartida en su superficie. Estos sistemas de soluciones o suspensiones coloidales son muy frecuentes y existen gran cantidad de aplicaciones industriales en que se utilizan como por ejemplo en la fabricación de pinturas, emulsiones, arcillas, absorbentes, etc... También son sistemas de interés en otros campos como en la biología y la biofísica, ya que en las células vivientes hay proteínas que en ocasiones están cargadas, siendo entonces un sistema coloidal. De ahí el interés teórico y experimental de entender las propiedades de estos sistemas. Esta propuesta de investigación pretende explicar por medio de un modelo teórico resultados recientes de experimentos en que se confina a dos dimensiones una solución coloidal y se le aplica un potencial externo modulado. Este potencial se crea por medios ópticos: se proyecta sobre el plano en donde se encuentra la suspensión la figura de interferencia de dos o tres haces de láser. Las partículas coloidales van a sentir una fuerza que los hace preferir las zonas de mayor intensidad luminosa. Al variar la intensidad del láser se observan comportamientos de fase de la solución coloidal muy particulares: se pasa de una fase líquida (baja intensidad del láser) a una fase sólida ordenada (intensidad media del láser) y luego a una fase sólida desordenada o liquida fuertemente modulada (alta intensidad del láser). Utilizando el modelo del plasma bidimensional de un componente para modelar estos sistemas coloidales pretendemos dar una explicación teórica para este particular comportamiento de fase. El modelo en cuestión tiene la gran ventaja de poder ser resulto exactamente: se pueden calcular analíticamente las cantidades termodinámicas del sistema y los perfiles de densidad y las funciones de correlación. Esto es posible utilizando métodos inspirados de la teoría de las matrices aleatorias. El principal resultado del proyecto es generación de nuevo conocimiento sobre estos sistemas coloidales y sus transiciones de fase. Para difundir los resultados de este trabajo se pretende publicar dos artículos en revistas científicas reconocidas internacionalmente. Además del objetivo puramente científico del proyecto ya mencionado otros resultados importantes son los siguientes. Se pretende vincular a dos estudiantes de Maestría en el proyecto para así contribuir a su formación. También se espera fortalecer la colaboración científica internacional ya existente entre el Grupo de Física Teórica de la Materia Condensada (Universidad de los Andes) con el Laboratorio de Física Teórica (Universidad de París XI, Francia) en donde colegas del investigador principal de esta propuesta, Gabriel Téllez, trabajan en temas muy relacionados con esta propuesta.