MATEMÁTICAS, FÍSICA Y QUÍMICA: Física

Cómo medir propiedades de los vidrios con un superordenador

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Investigadores españoles e italianos han analizado características de vidrios magnéticos y desarrollado un protocolo experimental para estudiar sus dinámicas de equilibrio con la ayuda del superordenador JANUS, localizado en Zaragoza. El éxito de las simulaciones ha permitido conectar desarrollos teóricos físicos con otros experimentales.

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SINC | | 24 mayo 2017 07:30

<p>Módulos FPGA del superordenador Janus II. / <a href="http://www.janus-computer.com/galery-janusII" target="_blank">Janus</a></p>

Módulos FPGA del superordenador Janus II. / Janus

Una característica común de sistemas como los polímeros, los líquidos superenfriados, coloides o vidrios de espín (un sistema magnético con acoplamiento aleatorio entre los momentos magnéticos de los átomos), es que necesitan tiempos muy altos para llegar al equilibrio. Están determinados por una dinámica muy lenta a bajas temperaturas. De hecho, su dinámica es tan lenta que el equilibrio térmico nunca se alcanza en muestras macroscópicas. Este tipo de dinámicas se caracteriza mediante una longitud de coherencia o de correlación que nos indica que partículas situadas a una distancia menor que esta longitud están muy correlacionadas.

Los físicos teóricos son capaces de calcular esta longitud de correlación (microscópica) simulando en un superordenador un gran número de partículas y siguiendo el comportamiento individual de todas las partículas. Este tipo de estudios no se pueden llevar a cabo experimentalmente (es imposible seguir la pista a todas las partículas del sistema), pero sí es posible calcular una longitud de correlación (macroscópica) mediante la aplicación de campos externos sobre el sistema que modifican las barreras de energía entre los diferentes estados.

El superordenador JANUS ha permitido igualar datos microscópicos teóricos de los vidrios con datos macroscópicos experimentales

En este contexto, investigadores del Instituto de Biocomputación y Física de Sistemas Complejos (BIFI) de la Universidad de Zaragoza, la Universidad Complutense de Madrid y la Universidad de Extremadura (UEx), junto a las universidades italianas de 'La Sapienza' y de Ferrara, han refinado el cálculo de la longitud de correlación microscópica y han reproducido el protocolo experimental, lo que les ha permitido calcular la longitud macroscópica.

El éxito de la simulación, logrado con e superordenador JANUS de la Universidad de Zaragoza, ha confirmado que tanto la longitud microscópica como la experimental (macroscópica) son iguales. 

“Esta investigación proporciona una base teórica a los estudios en estos sistemas físicos y los resultados obtenidos permiten conectar fuertemente los desarrollos teóricos con los experimentales. Hemos realizado la investigación tomando como referencia los vidrios de espín porque son más limpios de estudiar como sistema de referencia”, explica Juan Jesús Ruiz Lorenzo, físico teórico en la UEx y uno de los autores de esta investigación, que ha sido publicada en la revista Physical Review Letter.

Ordenador JANUS

El ordenador JANUS II es un superordenador de nueva generación (basado en los llamados procesadores FPGA reconfigurables) ubicado en BIFI. “Gracias a este ordenador 'dedicado' somos capaces de simular un segundo del experimento, ya en el rango de los tiempos experimentales”, describe Ruiz Lorenzo. 

Los investigadores han reproducido en los superordenadores Janus I y Janus II un experimento de hito que mide la longitud de coherencia en vidrios de espín. El valor de la longitud de coherencia (correlación) estimada mediante el análisis de funciones de correlación microscópicas resulta cuantitativamente consistente con su medición a través de funciones de respuesta macroscópicas.

Referencia bibliográfica:

M. Baity-Jesi, E. Calore, A. Cruz, L. A. Fernandez, J. M. Gil-Narvion, A. Gordillo-Guerrero, D. Iñiguez, A. Maiorano, E. Marinari, V. Martin-Mayor, J. Monforte-Garcia, A. Muñoz-Sudupe, D. Navarro, G. Parisi, S. Perez-Gaviro, F. Ricci-Tersenghi, J. J. Ruiz-Lorenzo, S. F. Schifano, B. Seoane, A. Tarancon, R. Tripiccione, and D. Yllanes (Janus Collaboration). “Matching Microscopic and Macroscopic Responses in Glasses” Phys. Rev. Lett. 118, 157202 – Published 13 April 2017

Zona geográfica: Extremadura
Fuente: UCC+i_UEx (Universidad de Extremadura)

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