Líneas de investigación

• Lidia Braunstein
• Cristian La Rocca
• Lucila Álvarez Zuzek
• Matías Di Muro

• David Hansmann
• Rubén C. Buceta
• Guido Fier
• Lautaro Vassallo

El estudio teórico de los fenómenos colectivos de sistemas biológicos, desde la perspectiva actual, es un campo que se nutre de los enfoques, formalismos, principios de la Mecánica Estadística y Sistemas Complejos, con las limitaciones que resultan de considerar agentes biológicos en lugar de partículas. Es un área de la Biofísica, en rápido crecimiento en los últimos 20 años, que aprovecha el conocimiento acumulado proveniente del estudio de sistemas cerca y fuera del equilibrio, criticidad auto-organizada, formación de patrones y estructuras, y transiciones de fase, entre otros fenómenos.

Las investigaciones en esta disciplina se llevan a cabo en sistemas que consisten en entidades similares, por ejemplo bacterias, aves, peces, etc., que interactúan entre sí de manera compleja. En determinadas condiciones, el patrón de comportamiento de las unidades individuales de cada sistema puede experimentar cambios provocados por las interacciones con las otras unidades, resultando en un comportamiento colectivo. La variedad de sistemas biológicos que exhiben movimientos colectivos es amplia e incluye bandadas, cardúmenes, etc., tanto para el caso de pájaros, peces, o también de humanos. En nuestro caso, se toma como objeto de estudio colonias de bacterias.

El movimiento colectivo puede ser caracterizado por el estado de orden-desorden. Si bien cada sistema tiene características y patrones de movimiento específicos, es esperable que algunos comportamientos sean universales. Establecer los mecanismos generales por medio de reglas locales puede llevar a establecer los patrones de “escala mesoscópica», asumiendo que los mecanismos son independientes de los detalles de los componentes del sistema. La caracterización de las reglas de interacción y los mecanismos de comportamiento subyacentes al movimiento colectivo es determinante para una correcta descripción estadística de los observables.

La herramienta principal de investigación que se emplea para el estudio de estos sistemas es el desarrollo de software, su programación y la simulación computacional aplicándolo a sistemas biológicos de interés.
En nuestro caso, las simulaciones se hicieron para E.coli con el objetivo de reproducir los resultados experimentales en bibliografía para los tres modos de movimiento: swimming, swarming y sliding.

• Rubén C. Buceta
• Marcos Torres

• Rubén C. Buceta
• Marisel Di Pietro Martínez

Los sistemas conocidos como hielos de espín fueron estudiados por primera vez en el pirocloro de tierras raras Ho2Ti2O7 por Harris et al. en 1997 [1]. En su estudio, observaron que a bajas temperaturas los espines no se ordenan, indicando así la existencia de una fuerte frustración en el sistema, y por lo tanto, de una degeneración del estado fundamental.

De manera similar, en el hielo de agua, el estado de energía más bajo tiene dos protones posicionados cerca del oxígeno y dos protones colocados más lejos, formando un estado “2-in-2-out”. Tales estados se dice que obedecen la regla de hielo, la que puede ser mapeada a un modelo de espín que posea una amplia degeneración de los estados, como resultó ser el caso del Ho2Ti2O7.

En los últimos ocho años, un nuevo horizonte se ha abierto con la creación de sistemas magnéticos frustrados artificiales. Estos materiales son conjuntos de monodominios de escala nanométrica fabricados mediante litografía, es decir estructuras ferromagnéticas que se comportan como espines de Ising gigantes, dispuestos en los bordes o esquinas de cada tesela. Las interacciones entre estas nanoestructuras pueden ser controladas a través de elecciones apropiadas de sus propiedades geométricas y su ubicación. Uno de estos arreglos, es el ASI cuadrado (del inglés Artificial Spin Ice, hielo de espines artificial), presentado por primera vez por Wang et al. en 2006 [2].

En la imagen, se muestra a la izquierda la topografía y a la derecha la magnetización. En esta última, pueden verse resaltados tres conjuntos distintos, cada uno correspondiente a un tipo de vértice diferente. En particular, el rosa y el azul cumplen con la llamada regla del hielo, y el verde, no. Propiedades como la dinámica de estos vértices, el efecto del desorden, el comportamiento térmico, la respuesta frente a la aplicación de un campo magnético externo son de nuestro interés, tanto en redes cuadradas como en otros tipos de geometrías.

Imágenes de: arXiv:1306.0825.