La división del espacio en celdas con propiedades geométricas óptimas es un desafío central en muchos campos de la ciencia y la tecnología. Investigadores del Instituto de Tecnología de Karlsruhe KIT y colegas de varios países ahora han descubierto que en la optimización de sistemas amorfos, es decir, desordenadoslas células individuales gradualmente dan como resultado la misma estructura, aunque sigue siendo amorfa. La estructura desordenada converge rápidamente a hiperuniformidad, un orden oculto a gran escala. Esto se informa en Comunicaciones de la naturaleza .
No importa si busca una espuma óptima o un método para empaquetar las esferas lo más cerca posible: la teselación ideal del espacio tridimensional, lo que significa la división completa en celdas con propiedades geométricas especiales, ha sido estudiada durante mucho tiempo porcientíficos. No solo es de interés teórico, sino relevante para muchas aplicaciones prácticas, entre otras para telecomunicaciones, procesamiento de imágenes o gránulos complejos. Los investigadores del Instituto de Estocástico de KIT han estudiado un problema especial de teselación, el problema del cuantificador ".el objetivo es dividir el espacio en celdas y todos los puntos de una celda para ubicarlos lo más cerca posible del centro celular, hablando intuitivamente ", dice el Dr. Michael Andreas Klatt, ex miembro del personal del Instituto, que ahora trabaja en la Universidad de Princeton enEE. UU. Las soluciones del problema del cuantificador pueden utilizarse para el desarrollo de nuevos materiales y pueden contribuir a una mejor comprensión de las propiedades únicas de los complejostejido celular en el futuro.
El trabajo teórico que combina métodos de geometría estocástica y física estadística se informa ahora en Comunicaciones de la naturaleza . Los investigadores del KIT, la Universidad de Princeton, la Universidad Friedrich-Alexander-Universität FAU Erlangen-Nuremberg, el Instituto Ru? Er Boškovi? En Zagreb y la Universidad Murdoch en Perth utilizaron el llamado algoritmo Lloyd, un método para dividir el espacioen regiones uniformes. Cada región tiene exactamente un centro y contiene esos puntos en el espacio que están más cerca de este que de cualquier otro centro. Dichas regiones se denominan células Voronoi. El diagrama de Voronoi está formado por todos los puntos que tienen más de un centrocentro y, por lo tanto, formando los límites de las regiones.
Los científicos estudiaron la optimización local gradual de varios patrones de puntos y descubrieron que todos los estados completamente amorfos, es decir, desordenados, no solo permanecen completamente amorfos, sino que los procesos inicialmente diversos convergen en un conjunto estadísticamente indistinguible. La optimización local gradual también compensa rápidamente los extremosfluctuaciones globales de densidad ". La estructura resultante es casi hiperuniforme. No exhibe ningún orden obvio, sino un orden oculto a gran escala", dice Klatt.
Por lo tanto, este orden oculto en los sistemas amorfos es universal, es decir, estable e independiente de las propiedades del estado inicial. Esto proporciona información básica sobre la interacción del orden y el desorden y puede utilizarse, entre otros, para el desarrollo de nuevos materiales.son de interés los metamateriales fotónicos similares a un semiconductor para la luz o los llamados copolímeros de bloque, es decir, nanopartículas compuestas de secuencias más largas o bloques de varias moléculas que forman estructuras regulares y complejas de forma autoorganizada.
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Materiales proporcionado por Instituto Karlsruher für Technologie KIT . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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