Las olas imprevistas se forman por la combinación casual de olas más pequeñas en el océano
Los investigadores han demostrado cómo los principios de las olas imprevistas (rogue waves en inglés, enormes olas de 30 metros que surgen inesperadamente en el océano) se pueden aplicar a escala nanométrica, con docenas de aplicaciones que van desde la medicina hasta la fabricación.
Consideradas durante mucho tiempo un mito, las olas imprevistas (también conocidas como olas gigantes, olas vagabundas u olas monstruo) golpean desde entornos relativamente tranquilos, destrozando a su paso plataformas petrolíferas y barcos. A diferencia de los tsunamis, las olas imprevistas se forman por la combinación casual de olas más pequeñas en el océano, creando un evento que es muy raro.
En los últimos años se han realizado muchas investigaciones sobre las ondas imprevistas, pero ahora, por primera vez, los científicos están demostrando cómo esto se puede aplicar a una escala mucho menor: nanométricamente. Un nanómetro es un millón de veces más pequeño que el grosor de la página de un libro. Se trata de un enfoque completamente nuevo del comportamiento de los líquidos a escala nanométrica.
Los agujeros y protuberancias causados por olas imprevistas se pueden manipular para producir espontáneamente patrones y estructuras para su uso en nanofabricación (fabricación en una escala de una milmillonésima de metro). Por ejemplo, se formaron patrones que, al romper películas líquidas, pueden usarse para construir circuitos microelectrónicos, que podrían usarse en la producción de componentes económicos de células solares.
Además, el comportamiento de las finas capas líquidas podría ayudar a explicar por qué millones de personas en todo el mundo sufren de ojo seco. Esto ocurre cuando se rompe la película lagrimal que cubre el ojo.
A través de simulaciones directas de moléculas y nuevos modelos matemáticos, el estudio dirigido por el Instituto de Matemáticas de la Universidad de Warwick descubrió cómo las capas nanoscópicas de líquido se comportan de manera contraintuitiva. Mientras que una capa de café derramada sobre una mesa puede permanecer aparentemente inmóvil, en la nanoescala el movimiento caótico de las moléculas crea olas aleatorias en la superficie de un líquido.
Imagen: Simulación MD: las bolas plateadas son partículas sólidas y las bolas azules son partículas fluidas (líquido y vapor). Hay una película líquida sobre un sustrato sólido y hay olas en la superficie. Crédito: Jingbang Liu, Universidad de Warwick.
Imagen derecha: Esta imagen fue generada con la ayuda de Inteligencia artificial (asistencia de DALL·E 2). Crédito: Profesor James Sprittles, Universidad de Warwick.
Un evento raro ocurre cuando estas olas conspiran para crear una gran "nanoola imprevista" que atraviesa la capa y crea un agujero. La nueva teoría explica cómo y cuándo se forma este agujero, dando una nueva visión de un efecto previamente impredecible, tomando a sus grandes primas oceánicas como modelo matemático.
El equipo de investigadores está entusiasmado con el potencial de esta investigación en diferentes industrias; las aplicaciones son de gran alcance.
"Nos entusiasmó descubrir que los modelos matemáticos desarrollados originalmente para la física cuántica y recientemente aplicados para predecir olas oceánicas imprevistas son cruciales para predecir la estabilidad de capas nanoscópicas de líquido", dijo el profesor James Sprittles, del Instituto de Matemáticas de la Universidad de Warwick.
"En el futuro, esperamos que la teoría pueda explotarse para permitir una serie de nanotecnologías, es crucial donde manipular cuándo y cómo se rompen las capas. También podrían existir aplicaciones en áreas relacionadas, como el comportamiento de las emulsiones, por ejemplo en alimentos o pinturas, donde la estabilidad de las finas películas líquidas dicta su vida útil".
El estudio se ha publicado como carta en Physical Review Fluids: Rogue nanowaves: A route to film rupture
