TITULO: El Rewilding como estrategia de conservación en Argentina.

EXPOSITOR: Sebastián Di Martino, Fundación Rewilding Argentina.

Fecha y hora: Viernes 22 de octubre de 2021, 14.30 hs

E-lugar: Virtual

ZOOM 

Unirse a la reunión Zoom

https://ib-edu-ar.zoom.us/j/83012215269?pwd=NDJnVVJDbmU3VXkvWm1lOCtRbXl3QT09

ID de reunión: 830 1221 5269

Código de acceso: 184176

El evento también se transmitirá en el canal de YouTube "Instituto Balseiro Coloquios": https://www.youtube.com/channel/UCNn3HlP5oZJCxBJKLo2asbA (link abreviado: bit.ly/balseirocoloquios)

Resumen:

El planeta tierra enfrenta hoy en día diversas crisis ambientales causadas por el hombre y que comprometen nuestra propia supervivencia sobre la tierra. El cambio climático global, la aparición de pandemias y la pérdida de biodiversidad son consecuencia directa de la degradación o eliminación de ambientes naturales. El movimiento conservacionista tradicional ha estado enfocado en conservar los ecosistemas naturales y especies remanentes, pero el nivel de degradación de los sistemas naturales es tal, que esta estrategia ya resulta insuficiente. El rewilding es una estrategia novedosa que propone restaurar ecosistemas degradados o desaparecidos para hacer frente a las crisis ambientales. El rewilding reconoce la importancia de ciertas especies en los ecosistemas, las cuales cumplen roles ecológicos destacados y desproporcionados, y en cuya ausencia los ecosistemas naturales colapsan. El rewilding trae de vuelta a estas especies clave para regenerar ecosistemas completos y funcionales. La Fundación Rewilding Argentina trabaja en diversos lugares de nuestro país (los esteros del Iberá en Corrientes, el Impenetrable chaqueño, la estepa patagónica de Santa Cruz y la costa de Chubut) para restablecer ecosistemas sanos, generando economías locales prósperas y restaurativas de los ambientes en los que se desarrollan. La reintroducción de especies extintas a nivel regional o nacional como el yaguareté, la nutria gigante y el guacamayo rojo, entro muchos otros, es parte de esta estrategia novedosa. 

 Mini bio:

 Sebastián obtuvo el título de biólogo en la Universidad Nacional de La Plata (Argentina) y el de magíster en espacios naturales protegidos en la Universidad Autónoma de Madrid (España). Admira la revolución que el Rewilding está provocando en el mundo de la conservación y está convencido que esta estrategia debe ser ampliamente utilizada en Argentina con el objeto de restaurar sus ambientes naturales, hoy mayormente defaunados. Desde los 13 años participa de actividades de organizaciones ambientalistas y sus trabajos siempre estuvieron vinculados a la conservación de la naturaleza, especialmente en la Dirección de Áreas Naturales Protegidas de la provincia del Neuquén. Desde el año 2015 es Director de Conservación de Rewilding Argentina y está a cargo de los proyectos de restauración de especies y ambientes que llevamos adelante.

Ver listado previo de coloquios, en este link.

TITULO: El Rewilding como estrategia de conservación en Argentina.

EXPOSITOR: Sebastián Di Martino, Fundación Rewilding Argentina.

Fecha y hora: Viernes 22 de octubre de 2021, 14.30 hs

E-lugar: Virtual

ZOOM 

Unirse a la reunión Zoom

https://ib-edu-ar.zoom.us/j/83012215269?pwd=NDJnVVJDbmU3VXkvWm1lOCtRbXl3QT09

ID de reunión: 830 1221 5269

Código de acceso: 184176

El evento también se transmitirá en el canal de YouTube "Instituto Balseiro Coloquios": https://www.youtube.com/channel/UCNn3HlP5oZJCxBJKLo2asbA (link abreviado: bit.ly/balseirocoloquios)

Resumen:

El planeta tierra enfrenta hoy en día diversas crisis ambientales causadas por el hombre y que comprometen nuestra propia supervivencia sobre la tierra. El cambio climático global, la aparición de pandemias y la pérdida de biodiversidad son consecuencia directa de la degradación o eliminación de ambientes naturales. El movimiento conservacionista tradicional ha estado enfocado en conservar los ecosistemas naturales y especies remanentes, pero el nivel de degradación de los sistemas naturales es tal, que esta estrategia ya resulta insuficiente. El rewilding es una estrategia novedosa que propone restaurar ecosistemas degradados o desaparecidos para hacer frente a las crisis ambientales. El rewilding reconoce la importancia de ciertas especies en los ecosistemas, las cuales cumplen roles ecológicos destacados y desproporcionados, y en cuya ausencia los ecosistemas naturales colapsan. El rewilding trae de vuelta a estas especies clave para regenerar ecosistemas completos y funcionales. La Fundación Rewilding Argentina trabaja en diversos lugares de nuestro país (los esteros del Iberá en Corrientes, el Impenetrable chaqueño, la estepa patagónica de Santa Cruz y la costa de Chubut) para restablecer ecosistemas sanos, generando economías locales prósperas y restaurativas de los ambientes en los que se desarrollan. La reintroducción de especies extintas a nivel regional o nacional como el yaguareté, la nutria gigante y el guacamayo rojo, entro muchos otros, es parte de esta estrategia novedosa. 

 Mini bio:

 Sebastián obtuvo el título de biólogo en la Universidad Nacional de La Plata (Argentina) y el de magíster en espacios naturales protegidos en la Universidad Autónoma de Madrid (España). Admira la revolución que el Rewilding está provocando en el mundo de la conservación y está convencido que esta estrategia debe ser ampliamente utilizada en Argentina con el objeto de restaurar sus ambientes naturales, hoy mayormente defaunados. Desde los 13 años participa de actividades de organizaciones ambientalistas y sus trabajos siempre estuvieron vinculados a la conservación de la naturaleza, especialmente en la Dirección de Áreas Naturales Protegidas de la provincia del Neuquén. Desde el año 2015 es Director de Conservación de Rewilding Argentina y está a cargo de los proyectos de restauración de especies y ambientes que llevamos adelante.

Ver listado previo de coloquios, en este link.

*Material de prensa publicado el 15/10/2021 / 11 hs: 

-Nota de divulgación completa (con dos recuadros y una columna de opinión), publicada en la "Sección de Noticias" de nuestro sitio web: Ver este link.

-Nota de divulgación sin tres piezas adicionales (dos recuadros y una columna de opinión), enviada a medios: Ver este link.

-Hoja de prensa: descargar PDF aquí.

A partir de la reinterpretación de varios experimentos que no “encajaban” con el modelo teórico predominante, un equipo de físicos demostró que existe un estado líquido de los electrones distinto al ya conocido. Fue a partir de experimentos con moléculas de hierro y oro. El trabajo puede tener implicancias en el futuro de la electrónica molecular.

Fecha de publicación: 15/10/2021

Al explicar por qué los metales conducen electricidad, el físico Enrico Fermi planteó que sus electrones se comportan como un gas cuántico. Fue su colega Lev Davidovich Landau quien demostró que bajo ciertas condiciones, al interaccionar entre ellos, los electrones pueden comportarse como un “líquido de electrones”, aumentando, por ejemplo, su masa. Ese estado descripto por Landau se llama “líquido de Fermi”, en reconocimiento al entendimiento de la física de los electrones desarrollado por el pionero de la física cuántica.

Ahora, un equipo de físicos de Argentina y Eslovenia planteó la existencia de un nuevo tipo de “líquido de electrones” en metales. Lo hizo al describir un comportamiento diferente de electrones en moléculas de un compuesto de hierro sobre oro, que puede pasar de ser buen conductor de electricidad a mal conductor al alterar el campo magnético. Este nuevo conocimiento podría ayudar en el desarrollo de interruptores de electrónica molecular.

El nuevo trabajo teórico, en el que participa un docente del Instituto Balseiro, se hizo a partir de la evaluación de estudios experimentales previos, publicados por otros científicos, a muy bajas temperaturas, cercanas al “cero absoluto”. El compuesto bajo estudio se llama “ftalocianina de hierro sobre oro” y se observó su comportamiento en temperaturas del orden de 1 grado Kelvin, esto es, a -272 grados Celsius. El problema era que las explicaciones previas de esos resultados experimentales eran contradictorias con lo ya conocido.

A partir de una nueva mirada teórica, en un artículo publicado en la prestigiosa revista Nature Communications el viernes 15 de octubre, los autores afirman que han hallado la primera realización experimental confirmada de ese nuevo tipo de “líquido de electrones”. Plantean que es distinto al descripto por Landau, y por eso lo llamaron “líquido de Fermi no Landau”.
Los metales y sus electrones

Landau postuló que en los metales, un sistema de electrones con interacciones fuertes, que se conoce como “líquido de Fermi”, es muy parecido en su comportamiento a uno sin interacciones, que se llama “gas de Fermi”. Un ejemplo del primero es el hierro a altas temperaturas, mientras un ejemplo del segundo es el sodio.

“El líquido de Fermi de Landau, donde hay electrones con interacciones fuertes, describe el comportamiento de metales ordinarios”, comentó el doctor en Física Armando Aligia, uno de los autores del paper publicado en Nature Communications. El físico es egresado y profesor del Instituto Balseiro, institución dependiente de la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA) y la Universidad Nacional de Cuyo (UNCUYO).

Los metales han acompañado al ser humano en gran parte de su historia, y en la actualidad no podría haber dispositivos electrónicos sin los mismos. Su conductancia, esto es, la capacidad para transportar electricidad de forma eficiente, varía según sus propiedades físico-químicas. Y por eso desde la ciencia se los estudia, en detalle, en busca de propiedades que los hagan más eficientes.

Aligia, que es investigador del Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET) en el Instituto de Nanociencia y Nanotecnología (CONICET-CNEA) en el Centro Atómico Bariloche, explicó al Área de Comunicación y Prensa del Instituto Balseiro, que con sus colegas postulan la existencia de un nuevo tipo de comportamiento en metales con electrones que interactúan.

En este caso, el metal actúa como si fuera, salvando las distancias, “Bruce Banner y Hulk” porque logra cambiar de forma inesperada su conductancia de un valor muy bajo a un valor muy alto. En otras palabras, el metal pasa de ser resistente o ser un líquido de Fermi no Landau, a conducir electricidad de forma muy eficiente o ser un líquido de Fermi Landau, y al revés. Esto ocurre al modificar determinados parámetros, como por ejemplo la distancia entre la molécula de hierro y el sustrato de oro.

El postulado teórico de la existencia de un “líquido de Fermi no Landau” había sido planteado en 2019 por cuatro investigadores: Luis Manuel y Germán Blesio, del Instituto de Física de Rosario; y Armando Aligia y Pablo Roura Bas del Centro Atómico Bariloche. Pero faltaba, hasta ahora, un correlato experimental de las predicciones teóricas. El nuevo artículo fue realizado por Manuel, Blesio, Aligia, de CONICET de Argentina, y por Rok Zitko, del Instituto Josef Stefan y de la Facultad de Matemáticas y Física de la Universidad de Ljubljana, de Eslovenia.

Diferencias: de un pájaro a un tigre

Ahora bien, ¿qué otras características tiene el “líquido de Fermi”, también llamado “líquido de Fermi Landau” y en qué se diferencia del “no Landau”? “En el líquido de Fermi Landau podemos decir que si uno pudiera ‘prender’ artificialmente las interacciones, o sea los choques entre electrones, de a poquito, el sistema va cambiando pero siempre se parece al original”, dijo Aligia. Y compara: “Es como tener un gato que se agranda y se transforma en tigre pero siempre tiene el mismo aspecto”.

El profesor del Instituto Balseiro detalló que en el régimen de líquido de Fermi Landau, lo que se observa mediante imágenes de un microscopio electrónico de efecto túnel (“STM”, por sus siglas en inglés), es “un pico en la conductancia eléctrica a bajo voltaje, esto es, derivada de la corriente respecto del voltaje”. Y que ese pico se mantiene cambiando los parámetros del sistema.

“En cambio, en el líquido de Fermi no Landau, el gato en algún punto salta a un pájaro”, ilustró Aligia. De ser un buen conductor y tener un pico de conductancia eléctrica, pasa a un mal conductor y un valle en la conductancia. Se trata de algo que se denomina “transición de fase cuántica topológica” y que se explica por las propiedades cuánticas de este tipo de compuesto estudiado.

El profesor remarcó que es como si el sistema pasara en algún punto crítico de buen conductor, con alta conductancia, a casi aislante, con baja conductancia. “Esta transición es abrupta, porque salta un número topológico de 0 a 1 al modificar algún parámetro, y esto podría usarse en transistores moleculares. Cambiando un parámetro el sistema deja pasar o no la corriente eléctrica”, detalló.

Otras miradas

El físico Aníbal Iucci, investigador del CONICET y profesor en la Universidad Nacional de La Plata, que no participó en esta investigación, comentó que “las ftalocianinas son moléculas grandes con un átomo metálico, usualmente magnético, en el centro, tal como el hierro o el manganeso, y que poseen múltiples aplicaciones, fundamentalmente como pigmentos pero también en la construcción de paneles LCD y en celdas solares”.

“Si bien existen numerosos experimentos realizados sobre compuestos de este tipo, ninguna teoría o explicación da cuenta de manera satisfactoria de todos ellos y, en especial de la forma en que la corriente eléctrica atraviesa estas moléculas”, dijo Iucci. Y agregó que este nuevo trabajo logra explicar en forma consistente y unificada los experimentos en estas moléculas “apelando al concepto de transición de fase cuántica topológica, en la que las propiedades de un sistema cambian en forma abrupta sin cambiar sus simetrías, una idea sobre la que existe actualmente mucho interés por sus potenciales aplicaciones en computadoras cuánticas”.

Por su parte, el físico Adrián Feiguin, profesor del Departamento de Física de la NortheasternUniversity, de los Estados Unidos, y que tampoco participó en la investigación, comentó que el trabajo apunta a describir resultados experimentales recientes en el contexto de una teoría muy novedosa. “Los experimentos miden un comportamiento de la conductancia muy inusual, en el que una supresión de la conductancia aparece donde se esperaría un pico, y el pico emerge al aplicar un campo magnético. Varias teorías para explicar este fenómeno han sido propuestas, pero todas tienen puntos contenciosos o asumen hipótesis que no son consistentes con las condiciones del experimento o la estructura de la muestra”, dijo.

Feiguin señaló que el artículo recién publicado ofrece “una nueva perspectiva en el que toda la fenomenología de los experimentos puede ser claramente explicada con una teoría relativamente sencilla y sumamente elegante”. Y agregó que los resultados representan la primera demostración experimental de esta teoría, expandiendo el conocimiento de estos fenómenos cuánticos en direcciones poco sospechadas. “Al mismo tiempo ofrecen un método experimental para poder manipular la conductancia del sistema al nivel de una sola molécula, lo cual se puede trasladar en interesantes aplicaciones tecnológicas”, dijo Feiguin.

Ante la consulta de qué sensación tiene con respecto al nuevo aporte, Aligia contó que tuvieron que hacer nuevos cálculos y extender la teoría a situaciones con campo magnético aplicado. “No sucede con mucha frecuencia pero cada tanto aparecen experimentos que confirman predicciones teóricas. Naturalmente estamos muy contentos”, dijo.

Asimismo, el físico destacó: “Agradezco a la educación pública argentina incluyendo al Instituto Balseiro, a la que le debo mi formación, y quisiera reconocer a mi director de doctorado, Blas Alascio, desaparecido el año pasado, quien me introdujo en modelos similares a los usados en el trabajo”.

La postulación teórica de que existe una demostración experimental de la existencia del “líquido de Fermi no Landau” no se había realizado hasta ahora en ningún otro lugar en el mundo. Ahora habrá que esperar respuestas de la comunidad científica, y nuevos experimentos.

Por Laura García Oviedo / Área de Comunicación y Prensa del Instituto Balseiro 

*Importante para medios de comunicación o canales de comunicación institucionales: Pueden reproducir esta nota en forma total o parcial, por favor, mencionando la fuente y la firma.

*Esta nota fue enviada a medios sin recuadros y sin una columna de opinión. Para leer la versión completa, con las tres piezas adicionales, publicada en la Sección de Noticias de nuestro sitio web, pueden visitar este link.

Esta obra está bajo una Licencia Creative Commons Atribución 3.0 Unported.

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Por Laura García Oviedo

Área de Comunicación Institucional y Prensa

Crédito foto: Laura García Oviedo /Prensa IB

Instituto Balseiro, San Carlos de Bariloche, 15/10/2021 

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COLUMNA

Una expansión de nuestro conocimiento, en direcciones poco sospechadas

Por Adrián E. Feiguin*

“El problema de impurezas magnéticas en metales (conocido como el “problema de Kondo") tiene una historia fascinante de muchas décadas marcadas por el desarrollo de numerosos avances teóricos y computacionales, como el método del grupo derenormalización numérico usado en este trabajo. Las impurezas pueden ser imaginadas como pequeños momentos magnéticos que son apantallados por los electrones de conducción en el metal.

Este apantallamiento da a lugar a un comportamiento poco convencional de la resistencia, que sube, en lugar de bajar, cuando la temperatura desciende, como se esperaría de un metal. A pesar de que el fenómeno es bien entendido en ciertos casos paradigmáticos, nuevos avances tecnológicos (espectroscopia de efecto túnel) han hecho posible directamente medir el comportamiento interno de las impurezas en presencia de los electrones del metal.

Es más, estas técnicas hacen posible manipular el acoplamiento entre las impurezas y el substrato sobre el que se encuentran depositadas. Por ejemplo, en lo experimentos descritos en este trabajo, una molécula de ftalocianina es depositada sobre un substrato metálico de oro. Estas moléculas están formadas por un átomo central de hierro rodeado de nitrógeno y anillos aromáticos de carbono. Los electrones del átomo de hierro se encuentran fuertemente confinados y se comportan efectivamente como un momento magnético. En realidad, este momento magnético está formado por dos electrones en dos orbitales diferentes del hierro. La forma en que se acoplan al metal da lugar a lo que usualmente se refiere como efecto Kondo de dos canales.

Este trabajo apunta a describir resultados experimentales recientes en el contexto de una teoría muy novedosa. Los experimentos miden un comportamiento de la conductancia muy inusual, en el que una supresión de la conductancia aparece donde se esperaría un pico, y el pico emerge al aplicar un campo magnético. Varias teorías para explicar este fenómeno han sido propuestas, pero todas tienen puntos contenciosos o asumen hipótesis que no son consistentes con las condiciones del experimento o la estructura de la muestra.

El trabajo de Zitko y colaboradores ofrece una nueva perspectiva en el que toda la fenomenología de los experimentos puede ser claramente explicada con una teoría relativamente sencilla y sumamente elegante. Esta teoría se basa en la reciente observación teórica de Blesio, Manuel, Roura-Bas y Aligia de que los tratamientos de este problema omitieron ciertos términos topológicos que dan lugar a un concepto novedoso, el de “liquido de Fermi no-Landau”.

De acuerdo a esta teoría, el problema puede considerarse como un líquido de Fermi, cualitativamente similar a electrones libres no interactuantes. Sin embargo, no existiría manera continua de conectar el estado del sistema a uno de electrones libres. En este manuscrito, los autores presentan un tratamiento fenomenológico del problema agregando anisotropía en los acoplamientos para describir los experimentos con más fidelidad. Ayudados por métodos numéricos, demuestran cómo esta teoría puede describir todos los resultados experimentales con un tratamiento elegante y autocontenido, con una hipótesis sencilla, y sin tener que recurrir a suposiciones difíciles de justificar.

Los resultados representan la primera demostración experimental de esta teoría, expandiendo nuestro conocimiento de estos fenómenos cuánticos en direcciones poco sospechadas. Al mismo tiempo ofrecen un método experimental para poder manipular la conductancia del sistema al nivel de una sola molécula, lo cual se puede trasladar en interesantes aplicaciones tecnológicas.”

*Profesor Asociado del Departamento de Física de la Northeastern University, Boston, Estados Unidos.

Ir a la nota "Demuestran la existencia de nuevo tipo de “líquido” de electrones", en este link.

RECUADRO 2

Espín, campo magnético y matemáticas*

Por Armando Aligia*

“El espín es un momento magnético que puede apuntar en cualquier dirección del espacio. Si se aplica un campo magnético, éste privilegia una dirección en el espacio y el espín apunta en esa dirección.

La anisotropía D también privilegia una dirección en el espacio, pero hay de dos tipos: eje fácil si el espín tiende a apuntar en esa dirección, y plano fácil si favorece que el espín apunte en una dirección perpendicular a la dirección privilegiada.

En términos matemáticos, si la dirección privilegiada es z, la anisotropía de escribe como D(S_z)². Si D es positivo la energía es mínima cuando S_z =0, lo que quiere decir que la componente z del espín 1 tiende a anularse, lo que significa que el espín está en el plano xy.

En cambio si D es negativo, la energía es mínima cuando S_z =1o S_z =-1, lo que significa que el espín apunta en la dirección z. Naturalmente este término compite con otros, en particular el efecto Kondo que quiere ‘reducir” la magnitud del espín de 1 a cero. Si el espín es cero la anisotropía no puede actuar naturalmente.”

*Docente del Instituto Balseiro e investigador del CONICET en el grupo Teoría de Sólidos del Centro Atómico Bariloche

Ir a la nota "Demuestran la existencia de nuevo tipo de “líquido” de electrones", en este link.

RECUADRO 1

Física cuántica y el modelo Kondo

En el paper publicado en Nature Communications, los autores mencionan el modelo de Kondo. ¿En qué consiste? “El modelo de Kondo describe básicamente el sistema. El átomo de hierro de la ftalocianina tiene un espín de tamaño 1 formado por dos electrones; cada uno con espín ½, y que están ‘apantallados’ por electrones del oro formando un singlete, o sea un estado que no tiene espín”, describió Aligia.

Ahora bien, ¿qué es un espín? En pocas palabras, se trata de una propiedad física de partículas elementales, un momento magnético intrínseco, que tiene que ver con la “rotación cuántica”, que es distinta a la rotación del mundo macroscópico. La ftalocianina tiene dos electrones que forman el espín 1. “Y tiene un rasgo que llamamos ‘anisotropía D de plano fácil’, que compite con el efecto Kondo y eso origina la transición topológica entre el régimen Landau y no Landau”, explicó Aligia.

Por otro lado, el efecto Kondo es aquel que describe cómo varía la resistencia eléctrica de conductores como metales: a bajas temperaturas, cercanas al cero absoluto, que es 273 grados centígrados bajo cero, algunos materiales aumentan su capacidad de transportar electricidad e incluso pueden estabilizarse. En otras palabras, el sistema de metales estudiado, la ftalocianina de hierro sobre oro, puede pasar de forma abrupta de buen conductor a mal conductor, jugando con el efecto Kondo y ese fenómeno de anisotropía D de plano fácil.

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A partir de la reinterpretación de varios experimentos que no “encajaban” con el modelo teórico predominante, un equipo de físicos demostró que existe un estado líquido de los electrones distinto al ya conocido. Fue a partir de experimentos con moléculas de hierro y oro. El trabajo puede tener implicancias en el futuro de la electrónica molecular.

Fecha de publicación: 15/10/2021

Al explicar por qué los metales conducen electricidad, el físico Enrico Fermi planteó que sus electrones se comportan como un gas cuántico. Fue su colega Lev Davidovich Landau quien demostró que bajo ciertas condiciones, al interaccionar entre ellos, los electrones pueden comportarse como un “líquido de electrones”, aumentando, por ejemplo, su masa. Ese estado descripto por Landau se llama “líquido de Fermi”, en reconocimiento al entendimiento de la física de los electrones desarrollado por el pionero de la física cuántica.

Ahora, un equipo de físicos de Argentina y Eslovenia planteó la existencia de un nuevo tipo de “líquido de electrones” en metales. Lo hizo al describir un comportamiento diferente de electrones en moléculas de un compuesto de hierro sobre oro, que puede pasar de ser buen conductor de electricidad a mal conductor al alterar el campo magnético. Este nuevo conocimiento podría ayudar en el desarrollo de interruptores de electrónica molecular.

El nuevo trabajo teórico, en el que participa un docente del Instituto Balseiro, se hizo a partir de la evaluación de estudios experimentales previos, publicados por otros científicos, a muy bajas temperaturas, cercanas al “cero absoluto”. El compuesto bajo estudio se llama “ftalocianina de hierro sobre oro” y se observó su comportamiento en temperaturas del orden de 1 grado Kelvin, esto es, a -272 grados Celsius. El problema era que las explicaciones previas de esos resultados experimentales eran contradictorias con lo ya conocido.

A partir de una nueva mirada teórica, en un artículo publicado en la prestigiosa revista Nature Communications el viernes 15 de octubre, los autores afirman que han hallado la primera realización experimental confirmada de ese nuevo tipo de “líquido de electrones”. Plantean que es distinto al descripto por Landau, y por eso lo llamaron “líquido de Fermi no Landau”.
Los metales y sus electrones

Landau postuló que en los metales, un sistema de electrones con interacciones fuertes, que se conoce como “líquido de Fermi”, es muy parecido en su comportamiento a uno sin interacciones, que se llama “gas de Fermi”. Un ejemplo del primero es el hierro a altas temperaturas, mientras un ejemplo del segundo es el sodio.

“El líquido de Fermi de Landau, donde hay electrones con interacciones fuertes, describe el comportamiento de metales ordinarios”, comentó el doctor en Física Armando Aligia, uno de los autores del paper publicado en Nature Communications. El físico es egresado y profesor del Instituto Balseiro, institución dependiente de la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA) y la Universidad Nacional de Cuyo (UNCUYO).

Los metales han acompañado al ser humano en gran parte de su historia, y en la actualidad no podría haber dispositivos electrónicos sin los mismos. Su conductancia, esto es, la capacidad para transportar electricidad de forma eficiente, varía según sus propiedades físico-químicas. Y por eso desde la ciencia se los estudia, en detalle, en busca de propiedades que los hagan más eficientes.

Aligia, que es investigador del Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET) en el Instituto de Nanociencia y Nanotecnología (CONICET-CNEA) en el Centro Atómico Bariloche, explicó al Área de Comunicación y Prensa del Instituto Balseiro, que con sus colegas postulan la existencia de un nuevo tipo de comportamiento en metales con electrones que interactúan.

En este caso, el metal actúa como si fuera, salvando las distancias, “Bruce Banner y Hulk” porque logra cambiar de forma inesperada su conductancia de un valor muy bajo a un valor muy alto. En otras palabras, el metal pasa de ser resistente o ser un líquido de Fermi no Landau, a conducir electricidad de forma muy eficiente o ser un líquido de Fermi Landau, y al revés. Esto ocurre al modificar determinados parámetros, como por ejemplo la distancia entre la molécula de hierro y el sustrato de oro.

El postulado teórico de la existencia de un “líquido de Fermi no Landau” había sido planteado en 2019 por cuatro investigadores: Luis Manuel y Germán Blesio, del Instituto de Física de Rosario; y Armando Aligia y Pablo Roura Bas del Centro Atómico Bariloche. Pero faltaba, hasta ahora, un correlato experimental de las predicciones teóricas. El nuevo artículo fue realizado por Manuel, Blesio, Aligia, de CONICET de Argentina, y por Rok Zitko, del Instituto Josef Stefan y de la Facultad de Matemáticas y Física de la Universidad de Ljubljana, de Eslovenia.

Diferencias: de un pájaro a un tigre

Ahora bien, ¿qué otras características tiene el “líquido de Fermi”, también llamado “líquido de Fermi Landau” y en qué se diferencia del “no Landau”? “En el líquido de Fermi Landau podemos decir que si uno pudiera ‘prender’ artificialmente las interacciones, o sea los choques entre electrones, de a poquito, el sistema va cambiando pero siempre se parece al original”, dijo Aligia. Y compara: “Es como tener un gato que se agranda y se transforma en tigre pero siempre tiene el mismo aspecto”.

El profesor del Instituto Balseiro detalló que en el régimen de líquido de Fermi Landau, lo que se observa mediante imágenes de un microscopio electrónico de efecto túnel (“STM”, por sus siglas en inglés), es “un pico en la conductancia eléctrica a bajo voltaje, esto es, derivada de la corriente respecto del voltaje”. Y que ese pico se mantiene cambiando los parámetros del sistema.

“En cambio, en el líquido de Fermi no Landau, el gato en algún punto salta a un pájaro”, ilustró Aligia. De ser un buen conductor y tener un pico de conductancia eléctrica, pasa a un mal conductor y un valle en la conductancia. Se trata de algo que se denomina “transición de fase cuántica topológica” y que se explica por las propiedades cuánticas de este tipo de compuesto estudiado (ver recuadro “Física cuántica y el modelo Kondo”recuadro “Física cuántica y el modelo Kondo”).

El profesor remarcó que es como si el sistema pasara en algún punto crítico de buen conductor, con alta conductancia, a casi aislante, con baja conductancia. “Esta transición es abrupta, porque salta un número topológico de 0 a 1 al modificar algún parámetro, y esto podría usarse en transistores moleculares. Cambiando un parámetro el sistema deja pasar o no la corriente eléctrica”, detalló.

Otras miradas

El físico Aníbal Iucci, investigador del CONICET y profesor en la Universidad Nacional de La Plata, que no participó en esta investigación, comentó que “las ftalocianinas son moléculas grandes con un átomo metálico, usualmente magnético, en el centro, tal como el hierro o el manganeso, y que poseen múltiples aplicaciones, fundamentalmente como pigmentos pero también en la construcción de paneles LCD y en celdas solares”.

“Si bien existen numerosos experimentos realizados sobre compuestos de este tipo, ninguna teoría o explicación da cuenta de manera satisfactoria de todos ellos y, en especial de la forma en que la corriente eléctrica atraviesa estas moléculas”, dijo Iucci. Y agregó que este nuevo trabajo logra explicar en forma consistente y unificada los experimentos en estas moléculas “apelando al concepto de transición de fase cuántica topológica, en la que las propiedades de un sistema cambian en forma abrupta sin cambiar sus simetrías, una idea sobre la que existe actualmente mucho interés por sus potenciales aplicaciones en computadoras cuánticas”.

Por su parte, el físico Adrián Feiguin, profesor del Departamento de Física de la NortheasternUniversity, de los Estados Unidos, y que tampoco participó en la investigación, comentó que el trabajo apunta a describir resultados experimentales recientes en el contexto de una teoría muy novedosa. “Los experimentos miden un comportamiento de la conductancia muy inusual, en el que una supresión de la conductancia aparece donde se esperaría un pico, y el pico emerge al aplicar un campo magnético. Varias teorías para explicar este fenómeno han sido propuestas, pero todas tienen puntos contenciosos o asumen hipótesis que no son consistentes con las condiciones del experimento o la estructura de la muestra”, dijo.

Feiguin señaló que el artículo recién publicado ofrece “una nueva perspectiva en el que toda la fenomenología de los experimentos puede ser claramente explicada con una teoría relativamente sencilla y sumamente elegante”. Y agregó que los resultados representan la primera demostración experimental de esta teoría, expandiendo el conocimiento de estos fenómenos cuánticos en direcciones poco sospechadas. “Al mismo tiempo ofrecen un método experimental para poder manipular la conductancia del sistema al nivel de una sola molécula, lo cual se puede trasladar en interesantes aplicaciones tecnológicas”, dijo Feiguin (ver columna “Una expansión de nuestro conocimiento…”).

Ante la consulta de qué sensación tiene con respecto al nuevo aporte, Aligia contó que tuvieron que hacer nuevos cálculos y extender la teoría a situaciones con campo magnético aplicado (ver recuadro columna “Espín, campo magnético y matemáticas”recuadro columna “Espín, campo magnético y matemáticas”). “No sucede con mucha frecuencia pero cada tanto aparecen experimentos que confirman predicciones teóricas. Naturalmente estamos muy contentos”, dijo.

Asimismo, el físico destacó: “Agradezco a la educación pública argentina incluyendo al Instituto Balseiro, a la que le debo mi formación, y quisiera reconocer a mi director de doctorado, Blas Alascio, desaparecido el año pasado, quien me introdujo en modelos similares a los usados en el trabajo”.

La postulación teórica de que existe una demostración experimental de la existencia del “líquido de Fermi no Landau” no se había realizado hasta ahora en ningún otro lugar en el mundo. Ahora habrá que esperar respuestas de la comunidad científica, y nuevos experimentos.

Por Laura García Oviedo / Área de Comunicación y Prensa del Instituto Balseiro

Si quieren ver un video-noticia sobre este tema, pueden ingresar a este link.

*Importante para medios de comunicación o canales de comunicación institucionales: Pueden reproducir esta nota en forma total o parcial, por favor, mencionando la fuente y la firma.

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PARA LEER MÁS:

RECUADRO 1

Física cuántica y el modelo Kondo

En el paper publicado en Nature Communications, los autores mencionan el modelo de Kondo. ¿En qué consiste? “El modelo de Kondo describe básicamente el sistema. El átomo de hierro de la ftalocianina tiene un espín de tamaño 1 formado por dos electrones; cada uno con espín ½, y que están ‘apantallados’ por electrones del oro formando un singlete, o sea un estado que no tiene espín”, describió Aligia.

Ahora bien, ¿qué es un espín? En pocas palabras, se trata de una propiedad física de partículas elementales, un momento magnético intrínseco, que tiene que ver con la “rotación cuántica”, que es distinta a la rotación del mundo macroscópico. La ftalocianina tiene dos electrones que forman el espín 1. “Y tiene un rasgo que llamamos ‘anisotropía D de plano fácil’, que compite con el efecto Kondo y eso origina la transición topológica entre el régimen Landau y no Landau”, explicó Aligia.

Por otro lado, el efecto Kondo es aquel que describe cómo varía la resistencia eléctrica de conductores como metales: a bajas temperaturas, cercanas al cero absoluto, que es 273 grados centígrados bajo cero, algunos materiales aumentan su capacidad de transportar electricidad e incluso pueden estabilizarse. En otras palabras, el sistema de metales estudiado, la ftalocianina de hierro sobre oro, puede pasar de forma abrupta de buen conductor a mal conductor, jugando con el efecto Kondo y ese fenómeno de anisotropía D de plano fácil.

RECUADRO 2

Espín, campo magnético y matemáticas*

Por Armando Aligia*

“El espín es un momento magnético que puede apuntar en cualquier dirección del espacio. Si se aplica un campo magnético, éste privilegia una dirección en el espacio y el espín apunta en esa dirección.

La anisotropía D también privilegia una dirección en el espacio, pero hay de dos tipos: eje fácil si el espín tiende a apuntar en esa dirección, y plano fácil si favorece que el espín apunte en una dirección perpendicular a la dirección privilegiada.

En términos matemáticos, si la dirección privilegiada es z, la anisotropía de escribe como D(S_z)². Si D es positivo la energía es mínima cuando S_z =0, lo que quiere decir que la componente z del espín 1 tiende a anularse, lo que significa que el espín está en el plano xy.

En cambio si D es negativo, la energía es mínima cuando S_z =1o S_z =-1, lo que significa que el espín apunta en la dirección z. Naturalmente este término compite con otros, en particular el efecto Kondo que quiere ‘reducir” la magnitud del espín de 1 a cero. Si el espín es cero la anisotropía no puede actuar naturalmente.”

*Docente del Instituto Balseiro e investigador del CONICET en el grupo Teoría de Sólidos del Centro Atómico Bariloche

COLUMNA

Una expansión de nuestro conocimiento, en direcciones poco sospechadas

Por Adrián E. Feiguin*

“El problema de impurezas magnéticas en metales (conocido como el “problema de Kondo") tiene una historia fascinante de muchas décadas marcadas por el desarrollo de numerosos avances teóricos y computacionales, como el método del grupo derenormalización numérico usado en este trabajo. Las impurezas pueden ser imaginadas como pequeños momentos magnéticos que son apantallados por los electrones de conducción en el metal.

Este apantallamiento da a lugar a un comportamiento poco convencional de la resistencia, que sube, en lugar de bajar, cuando la temperatura desciende, como se esperaría de un metal. A pesar de que el fenómeno es bien entendido en ciertos casos paradigmáticos, nuevos avances tecnológicos (espectroscopia de efecto túnel) han hecho posible directamente medir el comportamiento interno de las impurezas en presencia de los electrones del metal.

Es más, estas técnicas hacen posible manipular el acoplamiento entre las impurezas y el substrato sobre el que se encuentran depositadas. Por ejemplo, en lo experimentos descritos en este trabajo, una molécula de ftalocianina es depositada sobre un substrato metálico de oro. Estas moléculas están formadas por un átomo central de hierro rodeado de nitrógeno y anillos aromáticos de carbono. Los electrones del átomo de hierro se encuentran fuertemente confinados y se comportan efectivamente como un momento magnético. En realidad, este momento magnético está formado por dos electrones en dos orbitales diferentes del hierro. La forma en que se acoplan al metal da lugar a lo que usualmente se refiere como efecto Kondo de dos canales.

Este trabajo apunta a describir resultados experimentales recientes en el contexto de una teoría muy novedosa. Los experimentos miden un comportamiento de la conductancia muy inusual, en el que una supresión de la conductancia aparece donde se esperaría un pico, y el pico emerge al aplicar un campo magnético. Varias teorías para explicar este fenómeno han sido propuestas, pero todas tienen puntos contenciosos o asumen hipótesis que no son consistentes con las condiciones del experimento o la estructura de la muestra.

El trabajo de Zitko y colaboradores ofrece una nueva perspectiva en el que toda la fenomenología de los experimentos puede ser claramente explicada con una teoría relativamente sencilla y sumamente elegante. Esta teoría se basa en la reciente observación teórica de Blesio, Manuel, Roura-Bas y Aligia de que los tratamientos de este problema omitieron ciertos términos topológicos que dan lugar a un concepto novedoso, el de “liquido de Fermi no-Landau”.

De acuerdo a esta teoría, el problema puede considerarse como un líquido de Fermi, cualitativamente similar a electrones libres no interactuantes. Sin embargo, no existiría manera continua de conectar el estado del sistema a uno de electrones libres. En este manuscrito, los autores presentan un tratamiento fenomenológico del problema agregando anisotropía en los acoplamientos para describir los experimentos con más fidelidad. Ayudados por métodos numéricos, demuestran cómo esta teoría puede describir todos los resultados experimentales con un tratamiento elegante y autocontenido, con una hipótesis sencilla, y sin tener que recurrir a suposiciones difíciles de justificar.

Los resultados representan la primera demostración experimental de esta teoría, expandiendo nuestro conocimiento de estos fenómenos cuánticos en direcciones poco sospechadas. Al mismo tiempo ofrecen un método experimental para poder manipular la conductancia del sistema al nivel de una sola molécula, lo cual se puede trasladar en interesantes aplicaciones tecnológicas.”

*Profesor Asociado del Departamento de Física de la Northeastern University, Boston, Estados Unidos.

*Importante para medios de comunicación:Pueden reproducir esta nota en forma total o parcial mencionando la fuente y la firma.

Esta obra está bajo una Licencia Creative Commons Atribución 3.0 Unported.

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Por Laura García Oviedo

Área de Comunicación Institucional y Prensa

Crédito foto: Laura García Oviedo /Prensa IB

Instituto Balseiro, San Carlos de Bariloche, 15/10/2021 

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La científica Raquel Chan será la expositora del coloquio que el Instituto Balseiro organiza para el próximo viernes en el tradicional ciclo de charlas públicas de la institución. Por la pandemia, se transmite de modo virtual. El tema: un análisis del desarrollo nacional de transgénicos de segunda generación.

Fecha de publicación: 13/10/2021

“¿Por qué los transgénicos de segunda generación no están disponibles en el mercado? Análisis a través de un desarrollo nacional” es el título del próximo coloquio organizado por el Instituto Balseiro. Se realizará de modo virtual y se transmitirá vía el canal de YouTube “Instituto Balseiro Coloquios” el viernes 15 de octubre a las 14.30 hs (bit.ly/balseirocoloquios).

La expositora de la charla pública será la Dra. Raquel Chan, investigadora del Instituto de Agrobiotecnología del Litoral (CONICET-Universidad Nacional del Litoral), de Santa Fe. “La demanda de alimento y energía ha crecido en forma concomitante con el aumento de la población mundial y se prevé que la tendencia continuará gracias al aumento de la esperanza de vida. La producción de estos bienes está afectada por distintos factores, entre los cuales se destacan los climáticos y de origen no biológico que generan pérdidas en los rindes que van desde el 8 % al 43 % anual”, adelanta sobre su charla la científica.

“Los mejoradores tradicionales han hecho esfuerzos enormes y exitosos desde los inicios de la agricultura para compensar estas enormes pérdidas y luego se sumaron biotecnólogos y biólogos moleculares, aportando más progresos. Por último, las técnicas de transgénesis y edición génica han marcado un nuevo hito en la historia de la agricultura. Sin embargo, el problema de pérdidas por causas ambientales persiste y, notoriamente, los cultivos con tolerancia a estrés abiótico no están disponibles en el mercado aun”, advierte Chan.

“Los motivos para esta ausencia son variados e incluyen como central la mala percepción pública de los OVGM (Organismos Vegetales Genéticamente Modificados). Sin embargo, éste no es el único motivo; se suma uno no menos importante y es que el potencial negocio, ya que el desarrollo de estas tecnologías requiere de una inversión considerable, no es universal como lo es el que generó la primera generación de OVGM con resistencia a herbicidas y/o a insectos”, agrega la científica en el resumen del coloquio.

Chan expondrá, en su presentación, un análisis que incluirá detalles sobre el desarrollo nacional de soja y trigo HaHB4. “Los cultivos de trigo y soja que expresan el gen de girasol HaHB4 han presentado mejoras considerables en rendimiento en muy variadas regiones del país con distintas calidades de suelos, climas y regímenes pluviales (…) Se discutirán estos aspectos de la problemática, así como las perspectivas futuras para éstos y otros desarrollos nacionales”, informa la investigadora.

El Instituto Balseiro es una institución de educación pública dependiente de la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA) y la Universidad Nacional de Cuyo (UNCUYO). Ofrece 11 carreras de grado y posgrado en física e ingeniería, con becas completas. Para más información sobre el coloquio del viernes 15 de octubre y también sobre las actividades del Instituto Balseiro, se puede visitar www.ib.edu.ar.

Sobre la expositora

Raquel Chan es Química extensiva y Bioquímica, de la Hebrew University of Jerusalem, de Israel. Además, es Doctora de la Universidad Nacional de Rosario, Argentina y posee un Posdoctorado en el Institut de Biologie Moleculaire des Plantes- Université Louis Pasteur- Strasbourg, de Francia. Actualmente, la Dra. Chan es Investigadora Superior del CONICET, Profesora Titular de la Facultad de Bioquímica y Ciencias Biológicas de la Universidad Nacional del Litoral; Directora del Instituto de Agrobiotecnología del Litoral (IAL) (CONICET-UNL) y Presidenta de la Sociedad Argentina de Fisiología Vegetal.

La Dra. Chan recibió números premios y distinciones, entre los que se destacan una distinción por la presidenta de la nación Cristina Fernández, por sus logros en agricultura, el premio Testimonio Clarín Rural al Desarrollo de Investigación en Agricultura y el Diploma de Honor a la Trayectoria otorgado por la Cámara de Diputados de la Provincia de Santa Fe. Es integrante de la Academia de Ciencias Médicas de Santa Fe, la Academia Nacional de Ciencias y la Academia de Ciencias de América Latina.

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San Carlos de Bariloche, 13/10/2021

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TITULO: ¿Por qué los transgénicos de segunda generación no están disponibles en el mercado? Análisis a través de un desarrollo nacional.

EXPOSITOR: Dra. Raquel Chan. Instituto de Agrobiotecnología del Litoral (CONICET-Universidad Nacional del Litoral), Santa Fe, Argentina

Fecha y hora: Viernes 15 de octubre de 2021, 14.30 hs

E-lugar: Virtual

ZOOM

https://ib-edu-ar.zoom.us/j/97258904690?pwd=bnhUUk91N3RJSWdqTEwxQ240ZFJTdz09

ID de reunión: 972 5890 4690

Código de acceso: 549034

El evento también se transmitirá en el canal de YouTube "Instituto Balseiro Coloquios": https://www.youtube.com/channel/UCNn3HlP5oZJCxBJKLo2asbA (link abreviado: bit.ly/balseirocoloquios)

Resumen:

La demanda de alimento y energía ha crecido en forma concomitante con el aumento de la población mundial y se prevé que la tendencia continuará gracias al aumento de la esperanza de vida. La producción de estos bienes está afectada por distintos factores, entre los cuales se destacan los climáticos y de origen no biológico que generan pérdidas en los rindes que van desde el 8 % al 43 % anual. Los mejoradores tradicionales han hecho esfuerzos enormes y exitosos desde los inicios de la agricultura para compensar estas enormes pérdidas y luego se sumaron biotecnólogos y biólogos moleculares, aportando más progresos. Por último, las técnicas de transgénesis y edición génica han marcado un nuevo hito en la historia de la agricultura. Sin embargo, el problema de pérdidas por causas ambientales persiste y, notoriamente, los cultivos con tolerancia a estrés abiótico no están disponibles en el mercado aun. Los motivos para esta ausencia son variados e incluyen como central la mala percepción pública de los OVGM (Organismos Vegetales Genéticamente Modificados). Sin embargo, éste no es el único motivo; se suma uno no menos importante y es que el potencial negocio, ya que el desarrollo de estas tecnologías requiere de una inversión considerable, no es universal como lo es el que generó la primera generación de OVGM con resistencia a herbicidas y/o a insectos. A través del desarrollo nacional de soja y trigo HaHB4, se puede visualizar el camino recorrido para llevar un descubrimiento de la ciencia fundamental hasta un cultivo de interés agronómico y comprender por qué a pesar de que existen soluciones a los problemas planteados, éstas son difíciles de implementar. Los cultivos de trigo y soja que expresan el gen de girasol HaHB4 han presentado mejoras considerables en rendimiento en muy variadas regiones del país con distintas calidades de suelos, climas y regímenes pluviales. El trabajo interdisciplinario ha enriquecido el conocimiento y contribuido para delinear no sólo las regiones adecuadas para implementar estas tecnologías sino también sus formas de evaluación. Se discutirán estos aspectos de la problemática, así como las perspectivas futuras para éstos y otros desarrollos nacionales.

Mini bio:

Raquel Chan es B.Sc. en Química extensiva y Bioquímica, de la Hebrew University of Jerusalem, Israel (1981), es Doctora de la Universidad Nacional de Rosario, Argentina (1988), y posee un Posdoctorado en el Institut de Biologie Moleculaire des Plantes- Université Louis Pasteur- Strasbourg, Francia (1988-1992).

Actualmente, la Dra. Chan es Investigadora Superior del CONICET, Profesora Titular de la Facultad de Bioquímica y Ciencias Biológicas de la Universidad Nacional del Litoral;  Directora del Instituto de Agrobiotecnología del Litoral (IAL) (CONICET-UNL) y Presidenta de la Sociedad Argentina de Fisiología Vegetal. Además, posee 9 patentes de invención, 92 publicaciones científicas internacionales y numerosos trabajos de divulgación. Dirigió 13 tesinas de grado y 14 tesis doctorales.

La Dra. Chan recibió números premios y distinciones, entre los que se destacan en 2015 una distinción por la presidenta de la nación Cristina Fernández, por sus logros en agricultura. En 2016 premio Testimonio Clarín Rural al Desarrollo de Investigación en Agricultura. El Diploma de Honor a la Trayectoria otorgado por la Cámara de Diputados de la Provincia de Santa Fe. Premio Democracia de Caras y Caretas. Female Food Hero nominada por Crop Life International. En 2019 recibió Premio Ciudad de Rosario en Ciencias de la vida. En 2020 obtuvo el nombramiento en la Academia de Ciencias Médicas de Santa Fe. En 2021, el nombramiento de la Academia Nacional de Ciencias y de la Academia de Ciencias de América Latina.

Ver listado previo de coloquios, en este link.