Aprofitant la imperfecció en la naturalesa: des de l'òptica quàntica fins a la pol·linització per les abelles.

La precisió és una virtut de la ciència en general i de la nanotecnologia, en particular, on els dispositius a escala nanomètrica son cuidadosament fabricats per tal de obtener aplications en els règims clàssics i quàntics. En aquesta tecnologia, les imperfeccions sovint imposen límits greus, però en alguns casos es el desordre pot permetre noves funcionalitats. En general, quan els humans dissenyen dispositius per tal d’obtenir determinada funcionalitat, sovint prioritzem els patrons ordenats i la simetria sobre qualsevol altra cosa. La física quàntica, la nanotecnologia o la fotònica són exemples clars on es requereixen dispositius fabricats amb precisió a escala nanomètrica per fer interactuar eficientment la llum i la matèria i obtener una sèrie d'aplicacions com l'emissió de llum eficient, la recollida d'energia, els protocols per a la seguretat quàntica o la generació d'unió entre la llum per a la tecnologia d'informació quàntica. La imperfecció de fabricació ineludible en aquests sistemes imposa uns límits de rendiment que dificulten la seva funcionalitat i, per tant, es consideren molestos.

Tanmateix, a la natura, les funcionalitat s'optimitzen no necessàriament a través de la simetria. En aquesta xerrada, revisaré el paper de la imperfecció a la natura i com s'explota en molts sistemes i situacions diferents que van des dels sistemes quàntics nanomètrics, a través de la visió humana fins i tot el seu paper en la pol·linització de les abelles.

Pedro David García Fernández

El meu principal objectiu científic és comprendre com la entropia duu a la complexitat. A més, com es pot utilitzar la complexitat com a recurs per obtenir una funcionalitat determinada. L'entropia porta a imperfeccions estructurals, trastorns i dispersió múltiple, que en general són perjudicials per a qualsevol tecnologia, especialment a escala nanomètrica i ambdós en els règims clàssics i quàntics. Tanmateix, el desordre i l'aleatorietat són de naturalesa omnipresent. En particular, he centrat la meva atenció per explorar com s'emet i es propaga la llum a través d'estructures on la funció dielèctrica es en l'escala de longitud d'ona. Aquest tema de recerca fonamental té aplicacions importants en molts àmbits rellevants, com ara la recollida d'energia, l'obtenció d'imatges, les pèrdues, l'òptica quàntica o el processament d'informació.

La fotònica de desordre ofereix un mapa de ruta alternatiu per adaptar i explotar la interacció entre la llum i la matèria. A la nanoescala, el procés de fabricació es fa més aviat sensible a petites desviacions que indueixen imperfecció inevitable als dispositius dissenyats. Els processos com l'electrodinàmica quàntica o el la llum laser són especialment sensibles a aquestes imperfeccións, ja que requereixen un alt grau de precisió en el dispositiu final. Tanmateix, el trastorn pot ser explotat per aconseguir un confinament molt eficient de la llum a la nanoescala.

He desenvolupat la meva carrera investigadora a Madrid, Florència, Copenhaguen i avui dia a Barcelona, ​​on actualment estic explorant noves funcionalitats induïdes per desordre. En particular, estudio el paper de les no linealitats materials per modular els modes d'aquests sistemes. A més, exploro el paper del desordre en la optomecànica on s'inclouen les vibracions mecàniques de la matèria com un nou grau de llibertat en el control de la interacció de la llum-matèria.

Les estructures ordenades i simètriques són responsables de gran part de les propietats de molts materials diferents desde els cristalls atòmics als colors iridiscents de, per exemple, pedres precioses com opals (veure imatge). No obstant això, la perfecció completa és fonamentalment impossible a la natura i el desordre sempre juga un paper en molts sistemes físics. En aquesta xerrada, revisarem algunes situacions físiques on el desordre fins i tot ajuda a obtenir una determinada funcionalitat.

Emissió en streaming:
http://www.streamingbarcelona.com/plataforma/residenciainvestigadors/