Teoría Alta

TEORÍA, MODELADO Y
SIMULACIÓN EN NANOCIENCIA

Juan José Sáenz
Lugar y fecha de nacimiento: Madrid (España), 8 de octubre de 1960
Formación: Licenciado en Físicas por la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) en 1982.
Doctor en Ciencias Físicas por la UAM en 1987.
Carrera Profesional: Juan José Sáenz es Catedrático del Departamento de Física de la
Materia Condensada de la UAM. Desde 1993dirige el grupo de investigación "Moviendo Luz y
Electrones" (MoLE) en la UAM. Actualmente su trabajo de investigación incluye estudios
teóricos y modelización de microscopías de proximidad (SPM), transporte cuántico de
electrones en nanocontactos, transporte de ondas a través de medios complejos y
nanfotónica. Ha publicado alrededor de 100 artículos en revistas internacionales de
reconocidoprestigio (destacando los 23 trabajos en la revista Physical Review Letters). Es
coorganizador de la serie de conferencias internacionales "Trends in Nanotechnology" (TNT).

1. Introducción
Las futuras aplicaciones de la Nanotecnología requieren un conocimiento
profundo de los aspectos teóricos y computacionales de todo tipo de materiales y
dispositivos a escala nanométrica. Numerosas áreasemergentes, tales como la
Electrónica Molecular, Nanobiotecnología, Nanofotónica, Nanofluídica o la Computación
Cuántica van a dar lugar, a corto o medio plazo, al desarrollo de nuevos elementos de
dispositivos basados en Nanotecnología. La simulación teórica del comportamiento de
estos dispositivos esta siendo cada vez más importante ya que nos permitirá i)
comprender las propiedades físicasy químicas involucradas, ii) visualizar lo que ocurre
dentro del dispositivo y iii) optimizar el funcionamiento y la fabricación de éstos.
La descripción teórica y el modelado de los nuevos nanodispositivos y los
diversos fenómenos que ocurren en sistemas nanométricos involucra, en la mayor
parte de las ocasiones, conceptos, técnicas de cálculo, programas y códigos
informáticos yaproximaciones teóricas que provienen de campos muy diversos (Física
de la Materia Condensada, Química computacional, Biofísica, Matemáticas, Óptica,
Ingeniería, etc.). Problemas que hasta hace unos pocos años no guardaban mucha
relación, acaban por estar relacionados de una manera fundamental en el mundo de la
Nanotecnología. El modelado y la simulación de procesos es esencial para la
integración entrelas escalas atómica y molecular, típicas de la Nanociencia, con el
mundo micro, meso y macroscópico. El apoyo a la investigación y desarrollo de este
campo es, por tanto, fundamental para el desarrollo de las aplicaciones industriales
basadas en la Nanociencia.

2. Estado del arte
En los últimos 20 años, las técnicas fundamentales de teoría, modelado y
simulación han sufrido una revolucióncomparable a la de los avances tecnológicos y
experimentales que han dado lugar al desarrollo de la Nanociencia. Durante este
periodo, hemos visto el avance espectacular de los algoritmos de cálculo de estructura
electrónica basados en el funcional de la densidad, dinámica molecular “ab-initio”,
métodos Monte Carlo clásicos y cuánticos, métodos de “meso-escala” en materia
blanda (soft matter)y algoritmos ultrarrápidos de multipolos y mayado múltiple
(multipole, multigrid). La combinación de estos métodos teóricos con la creciente
potencia de cálculo de los nuevos ordenadores ha hecho posible la simulación de
sistemas con millones de grados de libertad.
Podríamos distinguir tres grandes áreas de trabajo donde se pueden identificar
tanto los avances como retos fundamentales conlos que se enfrenta la teoría,
modelado y simulación en Nanociencia: 1
1.

Las unidades estructurales más básicas: Nanotubos, Nanohilos, puntos
cuánticos, agregados atómicos y moleculares, nanopartículas, etc.

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Theory and Modelling in Nanoscience, Report of the May 10–11, 2002, Workshop Conducted by the Basic
Energy Sciences and Advanced Scientific Computing Advisory Committees to the...