En Energesis, valoramos especialmente cuando el conocimiento científico se traduce en avances que amplían nuestra capacidad de comprender y diseñar sistemas complejos. En este sentido, destacamos el trabajo de nuestra compañera Behnoush Khammar, estudiante de doctorado en Física en la Universidad Politécnica de Valencia, cuya investigación se centra en la interacción entre la luz y la materia en escalas ultrarrápidas y su aplicación en el diseño de materiales avanzados.
Recientemente, Behnoush participó en una charla dentro de los seminarios QMP (Quantum Technologies, Material Science & Photonics) de la Facultad de Física de la Universidad de Valencia, donde abordó cómo los procesos ultrarrápidos permiten acceder a regímenes físicos fuera del equilibrio en sistemas metálicos.
A partir de su trabajo, en este artículo exploramos cómo es posible comprender y controlar la estructura de los materiales más allá de las condiciones tradicionales, y qué implicaciones tiene esto en ámbitos como la sensorización, la energía o la fotónica.
El reto de controlar la estructura
En su trabajo de investigación, Behnoush aborda cómo, a escala nanométrica, el control de la estructura interna es un factor clave para determinar el rendimiento de los materiales.
En muchos enfoques convencionales, los materiales evolucionan cerca del equilibrio, lo que limita el rango de arquitecturas que pueden obtenerse. Esto implica que, aunque es posible controlar la composición, resulta más complejo modificar la organización interna de la materia para obtener propiedades específicas.
Sin embargo, muchas de las funcionalidades requeridas en tecnologías modernas —especialmente en sensorización, energía y fotónica— dependen no solo de la composición, sino también de cómo está organizada internamente la materia.
Accediendo a nuevos regímenes con láseres ultrarrápidos
Durante una reciente presentación en los seminarios QMP (Facultad de Física, Universidad de Valencia), Behnoush exploró cómo la excitación mediante láseres ultrarrápidos puede utilizarse para acceder a regímenes fuera del equilibrio en sistemas metálicos.
Cuando la energía se deposita en escalas de tiempo ultracortas, el material no dispone de tiempo suficiente para relajarse mediante los mecanismos convencionales. Como resultado, emergen estados transitorios en los que las transformaciones estructurales siguen dinámicas distintas, lo que permite acceder a configuraciones que no pueden alcanzarse mediante procesos tradicionales.
Entre ellas, la formación de nanoestructuras huecas representa un caso especialmente relevante, ya que permite observar cómo la dinámica fuera del equilibrio puede dar lugar a nuevas arquitecturas materiales.
Por qué importan las nanoestructuras huecas
A partir del trabajo presentado por Behnoush, podemos entender que las nanoestructuras huecas no son simplemente variaciones geométricas, sino que modifican de forma fundamental la interacción del material con su entorno.
Al introducir cavidades internas, estas estructuras permiten:
- Aumentar significativamente la interacción superficial, lo que mejora procesos de intercambio con el entorno
- Mejorar la absorción y confinamiento de la luz, facilitando aplicaciones en sistemas ópticos
- Modificar la respuesta térmica y mecánica, lo que influye directamente en su comportamiento en condiciones reales
En sistemas metálicos, estos efectos se amplifican gracias a la fuerte interacción luz–materia, lo que las hace especialmente relevantes para:
- Sistemas avanzados de sensorización, donde la sensibilidad y la rapidez de respuesta son críticas
- Fotónica y tecnologías ópticas, donde el control de la luz a pequeña escala es esencial
- Aplicaciones energéticas, incluyendo la mejora en la captación y conversión de energía
- Sistemas cuánticos emergentes, donde la respuesta del material y la intensidad de interacción son factores determinantes
Estas propiedades posicionan a las nanoestructuras huecas como candidatas prometedoras para el desarrollo de materiales avanzados.
Del conocimiento científico a las aplicaciones futuras
Aunque estos desarrollos se encuentran aún en una fase de investigación, reflejan un cambio más amplio en la forma de diseñar materiales. Más allá de la composición, existe un creciente interés en la ingeniería de la arquitectura interna como parámetro clave de diseño, ya que permite ajustar propiedades específicas en función de la aplicación.
Este enfoque requiere una combinación de comprensión física, modelización numérica y análisis de datos, que permite interpretar el comportamiento de sistemas complejos y predecir su evolución.
En Energesis, este tipo de aproximación se alinea con nuestras líneas de trabajo, donde la integración de modelos físicos con enfoques basados en datos permite mejorar la comprensión de sistemas complejos y avanzar hacia su aplicación en entornos reales.
Como conclusión de su trabajo, Behnoush aborda cómo la interacción láser–materia en el régimen ultrarrápido ofrece una vía para controlar la estructura de los materiales más allá de las limitaciones del equilibrio.
Aprovechando estos procesos no en equilibrio, es posible diseñar nanoestructuras con propiedades ajustadas y funcionalidades mejoradas, lo que abre nuevas oportunidades en ámbitos como la sensorización, la energía y las tecnologías cuánticas emergentes.
Este tipo de investigación pone de manifiesto cómo el conocimiento científico, cuando se orienta a la comprensión del comportamiento de los sistemas, permite avanzar hacia el desarrollo de soluciones con impacto en aplicaciones futuras.
