Paul Steinhardt - Paul Steinhardt

Paul Steinhardt
Paul J. Steinhardt.jpg
Nació
Paul Joseph Steinhardt

( 25/12/1952 )25 de diciembre de 1952 (68 años)
Nacionalidad americano
alma mater
Conocido por
Premios
Carrera científica
Los campos Física teórica
Cosmología
Física de la materia condensada
Instituciones
Tesis Teoría de celosía de la electrodinámica cuántica de sabor SU (N) en dimensiones  ( 1 + 1) (1978)
Asesor de doctorado Sidney R. Coleman
Otros asesores académicos
Estudiantes de doctorado
Sitio web paulsteinhardt .org }

Paul Joseph Steinhardt (nacido el 25 de diciembre de 1952) es un físico teórico estadounidense cuya principal investigación es la cosmología y la física de la materia condensada. Actualmente es profesor de Ciencias Albert Einstein en la Universidad de Princeton, donde forma parte de la facultad de los Departamentos de Física y de Ciencias Astrofísicas.

Steinhardt es mejor conocido por su desarrollo de nuevas teorías sobre el origen, la evolución y el futuro del universo. También es bien conocido por su exploración de una nueva forma de materia, conocida como cuasicristales , que se pensaba que existían solo como materiales artificiales hasta que co-descubrió el primer cuasicristal natural conocido en una muestra de museo. Posteriormente, dirigió un equipo separado que siguió ese descubrimiento con varios ejemplos más de cuasicristales naturales recuperados de la naturaleza de la península de Kamchatka en el extremo oriental de Rusia.

Ha escrito dos libros populares sobre estos temas. Endless Universe: Beyond the Big Bang (2007) , en coautoría con Neil Turok , describe las primeras luchas para desafiar la teoría del big bang ampliamente aceptada y el desarrollo posterior de las teorías cíclicas o de rebote del universo, que actualmente se están explorando y desarrollando. probado. The Second Kind of Impossible: The Extraordinary Quest for a New Form of Matter (2019) relata la historia de los cuasicristales desde su invención del concepto con su entonces estudiante Dov Levine, hasta su expedición al lejano este de Rusia para recuperar fragmentos de meteoritos que contienen elementos naturales. Los granos de cuasicristal se formaron hace miles de millones de años.

Educación y carrera

Nacido de Helen y Charles Steinhardt, Paul Steinhardt es el segundo mayor de cuatro hermanos. Creció en Miami, Florida, donde asistió a Coral Gables Senior High School mientras asistía a clases en una universidad local. Steinhardt recibió su Licenciatura en Ciencias Físicas en Caltech en 1974 y su Ph.D. en Física en la Universidad de Harvard en 1978, donde su asesor fue Sidney Coleman . Fue Junior Fellow en la Harvard Society of Fellows de 1978 a 1981; ascendió de la facultad junior a la profesora Mary Amanda Wood de la Universidad de Pennsylvania entre 1981 y 1998, durante la cual mantuvo una asociación a largo plazo con el Centro de Investigación Thomas J. Watson ; y ha estado en la facultad de la Universidad de Princeton desde el otoño de 1998. Fue cofundador del Centro de Ciencias Teóricas de Princeton y se desempeñó como su Director de 2007 a 2019.

Investigar

Cosmología inflacionaria

A principios de la década de 1980, Steinhardt fue coautor de artículos fundamentales que ayudaron a sentar las bases de la cosmología inflacionaria .

Steinhardt en la Universidad de Pensilvania

Inflación lenta y generación de semillas para galaxias: en 1982, Steinhardt y Andreas Albrecht (y, de forma independiente, Andrei Linde ) construyeron los primeros modelos inflacionarios que podrían acelerar la expansión del universo lo suficiente como para explicar la suavidad y planitud observadas de el universo y luego "salir con gracia" a la expansión más modesta observada hoy. El artículo de Albrecht-Steinhardt fue el primero en notar el efecto de la fricción del Hubble en el mantenimiento de la inflación durante un período suficientemente largo (el efecto de “giro lento”), estableciendo el prototipo para la mayoría de los modelos inflacionarios posteriores.

La fricción de Hubble jugó un papel crítico en el artículo de 1983 de James Bardeen, Steinhardt y Michael S. Turner, quienes fueron los primeros en introducir un método confiable, invariante de calibre relativista para calcular cómo las fluctuaciones cuánticas durante la inflación podrían generar de forma natural un espectro de densidad casi invariante en escala. fluctuaciones con una pequeña inclinación, propiedades que más tarde demostraron las observaciones del fondo cósmico de microondas como características de nuestro universo. Las fluctuaciones de densidad son semillas alrededor de las cuales se forman eventualmente las galaxias. Los cálculos contemporáneos de varios otros grupos obtuvieron conclusiones similares utilizando métodos menos rigurosos.

Inflación eterna y multiverso: en 1982, Steinhardt presentó el primer ejemplo de inflación eterna . Finalmente se demostró que la inflación interminable es una característica genérica de los modelos inflacionarios que conduce a un multiverso , la ruptura del espacio en una multitud infinita de parches que abarcan una gama infinita de resultados en lugar del único universo liso y plano, como se esperaba originalmente cuando propuesto por primera vez.

Aunque algunos cosmólogos más tarde llegarían a abrazar el multiverso, Steinhardt expresó constantemente su preocupación de que destruye por completo el poder predictivo de la teoría que ayudó a crear. Debido a que la teoría inflacionaria conduce a un multiverso que permite todos los resultados posibles, argumentó Steinhardt, debemos concluir que la teoría inflacionaria en realidad no predice nada.

Huella de ondas gravitacionales en el fondo cósmico de microondas: en 1993, Robert Crittenden, Rick Davis, JR Bond, G. Efstathiou y Steinhardt realizaron los primeros cálculos de la huella completa de ondas gravitacionales en los mapas de temperatura en modo B y en la polarización de la radiación de fondo de microondas en 1993.

A pesar de sus críticas a la idea, las principales contribuciones de Steinhardt a la teoría inflacionaria fueron reconocidas en 2002 cuando compartió el Premio Dirac con Alan Guth del MIT y Andrei Linde de Stanford .

El problema de la improbabilidad: en 2013, Anna Ijjas, Abraham Loeb y Steinhardt agregaron a las críticas en un par de artículos ampliamente discutidos que el modelo inflacionario tenía muchas menos probabilidades de explicar nuestro universo de lo que se pensaba anteriormente.

Según su análisis de los resultados del satélite Planck de 2013, las posibilidades de obtener un universo que coincida con las observaciones después de un período de inflación es menor que una en un googolplex . Steinhardt y su equipo llamaron al resultado el "problema de la improbabilidad". Los dos artículos también mostraron que los datos satelitales de Planck descartaron lo que históricamente se había aceptado como los modelos inflacionarios más simples y que los modelos inflacionarios restantes requieren más parámetros, un ajuste más fino de esos parámetros y condiciones iniciales más improbables.

En 2015, el problema de las diferencias se reafirmó y reforzó con una ronda posterior de mediciones informadas por el equipo satelital de Planck.

Incompatibilidad con las conjeturas de cuerdas-pantanos: en 2018, Steinhardt, en colaboración con Prateek Agrawal, George Obieds y Cumrun Vafa, argumentó que la inflación también puede ser incompatible con la teoría de cuerdas porque los modelos inflacionarios generalmente violan restricciones (a veces llamadas las "conjeturas de pantanos" ) sobre lo que se requiere para que un modelo sea consistente con la gravedad cuántica.

Rebote y cosmología cíclica

Motivado por lo que él veía como los fracasos de la teoría inflacionaria, Steinhardt se convirtió en un desarrollador líder de una nueva clase de modelos cosmológicos que reemplazan el llamado big bang con un rebote. La nueva teoría prevé una transición suave de un período anterior de contracción al período actual de expansión, evitando cualquier necesidad de inflación y evadiendo el infame problema de singularidad cósmica asociado con un Big Bang. Una extensión natural de estas ideas es un universo cíclico interminable e interminable en el que épocas de rebote, expansión y contracción se repiten a intervalos regulares.

Modelos tempranos: Los primeros ejemplos de estos modelos cíclicos y de rebote, denominados "ekpyrotic", se presentaron en documentos en 2001 con Justin Khoury, Burt A. Ovrut y Neil Turok.

El primer modelo se basó en la noción especulativa sugerida por la teoría de cuerdas de que el universo tiene dimensiones extra limitadas por "branas" (donde "brana" se deriva de "membrana", un objeto básico en la teoría de cuerdas). El rebote correspondió a la colisión y rebote de estas branas. El rebote (es decir, la colisión de la brana) sería un evento violento que dependería sensiblemente de los efectos de la gravedad cuántica que aún no se han establecido. En 2002, Steinhardt y Turok incorporaron la idea ekpyrotic en una propuesta más audaz: una versión temprana de una teoría cíclica del universo.

El nuevo modelo cíclico: las versiones más recientes desarrolladas por Anna Ijjas y Steinhardt no requieren dimensiones o branas adicionales o teoría de cuerdas; Se pueden utilizar campos ordinarios con energía potencial que evoluciona en el espacio-tiempo, similares a los modelos inflacionarios. Además, el rebote es una transición suave que se puede calcular completamente porque ocurre mucho antes de que los efectos de la gravedad cuántica se vuelvan importantes. No existe un problema de singularidad cósmica, a diferencia de las teorías basadas en el Big Bang.

En la versión cíclica de estos modelos, el espacio nunca se contrae; más bien, necesariamente crece en general de rebote a rebote cada 100 mil millones de años más o menos. Después de cada rebote, la energía gravitacional se convierte en materia y radiación que alimenta el siguiente ciclo. Para un observador, la evolución parece ser cíclica porque la temperatura, la densidad, el número de estrellas y galaxias, etc., son en promedio los mismos de un cíclico a otro y el observador no puede ver lo suficientemente lejos como para saber que hay más espacio. . El hecho de que el universo se expanda en general de un ciclo a otro significa que la entropía producida en ciclos anteriores (por la formación de estrellas y otros procesos productores de entropía) se diluye cada vez más a medida que avanzan los ciclos y, por lo tanto, no tiene ningún efecto físico en la evolución cósmica. . Este crecimiento de ciclo a ciclo y la dilución de entropía asociada son características que distinguen estos nuevos modelos cíclicos de las versiones discutidas en la década de 1920 por Friedmann y Tolman, y explican cómo el nuevo modelo cíclico evita el "problema de la entropía" que acosó a las versiones anteriores.

Ventajas: Los modelos cíclicos tienen dos ventajas importantes sobre los modelos inflacionarios . Primero, debido a que no incluyen la inflación, no producen un multiverso. Como resultado, a diferencia de la inflación, los modelos cíclicos producen un único universo que en todas partes tiene las mismas propiedades predichas que están sujetas a pruebas empíricas. En segundo lugar, los modelos cíclicos explican por qué debe haber energía oscura. Según estos modos, la expansión acelerada causada por la energía oscura inicia el proceso de suavizado, la desintegración de la energía oscura a otras formas de energía inicia un período de contracción lenta, y la contracción lenta es la responsable de suavizar y aplanar el universo.

Predicciones: Una predicción de los modelos cíclicos es que, a diferencia de la inflación, no se generan ondas gravitacionales detectables durante el proceso de suavizado y aplanamiento. En cambio, la única fuente de ondas gravitacionales en escalas de longitud de onda cósmica son las llamadas "ondas gravitacionales secundarias" que se producen mucho después del rebote con amplitudes que son demasiado débiles para ser encontradas en detectores de corriente pero finalmente detectables. Una segunda predicción es que la expansión de la aceleración actual debe eventualmente detenerse y el vacío debe eventualmente decaer para iniciar el siguiente ciclo (otras predicciones dependen de los campos específicos (o branas) que causan la contracción).

El modelo cíclico puede explicar naturalmente por qué la constante cosmológica es exponencialmente pequeña y positiva, en comparación con el enorme valor esperado por las teorías de la gravedad cuántica . La constante cosmológica podría comenzar grande, como se esperaba, pero luego decaer lentamente en el transcurso de muchos ciclos hasta el pequeño valor observado hoy.

El descubrimiento del campo de Higgs en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) puede proporcionar un apoyo adicional para el modelo cíclico. La evidencia del LHC sugiere que el vacío actual puede decaer en el futuro, según los cálculos realizados por Steinhardt, Turok e Itzhak Bars. El modelo cíclico requiere la caída del vacío actual para poner fin a la fase actual de expansión, contracción, rebote y una nueva era de expansión; el Higgs proporciona un posible mecanismo de descomposición que se puede probar. El campo de Higgs es un candidato viable para el campo que impulsa los ciclos de expansión y contracción.

Energía oscura y materia oscura: Steinhardt ha realizado importantes contribuciones en la investigación del "lado oscuro" del universo: la energía oscura , el problema cosmológico constante y la materia oscura .

Primera evidencia de aceleración cósmica: en 1995, Steinhardt y Jeremiah Ostriker utilizaron una concordancia de observaciones cosmológicas para mostrar que hoy debe haber un componente de energía oscura distinto de cero, más del 65 por ciento de la densidad de energía total, suficiente para causar la expansión del universo para acelerar. Esto fue verificado tres años después por observaciones de supernovas en 1998.

Quintaesencia: Trabajando con colegas, posteriormente introdujo el concepto de quintaesencia , una forma de energía oscura que varía con el tiempo. Fue propuesto por primera vez por el equipo de Steinhardt como una alternativa a la constante cosmológica, que es (por definición) constante y estática; la quintaesencia es dinámica. Su densidad de energía y presión evolucionan con el tiempo. El documento de 2018 sobre conjeturas de tierras pantanosas con Agrawal, Obieds y Vafa apunta a la quintaesencia como la única opción para la energía oscura en la teoría de cuerdas y la gravedad cuántica consistente.

Materia oscura que interactúa con uno mismo: en 2000, David Spergel y Steinhardt introdujeron por primera vez el concepto de materia oscura que interactúa fuertemente con uno mismo (SIDM) para explicar varias anomalías en modelos estándar de oscuridad fría basados ​​en suponer que la materia oscura consiste en partículas masivas que interactúan débilmente (también como "WIMP")

En 2014, Steinhardt, Spergel y Jason Pollack propusieron que una pequeña fracción de materia oscura podría tener auto-interacciones ultra fuertes, lo que haría que las partículas se fusionaran rápidamente y colapsaran en semillas para los primeros agujeros negros supermasivos .

Cuasicristales

Desarrollo de la teoría: En 1983, Steinhardt y su entonces estudiante Dov Levine introdujeron por primera vez el concepto teórico de cuasicristales en una divulgación de patente. La teoría completa se publicó al año siguiente en un artículo titulado "Cuasicristales: una nueva clase de estructuras ordenadas". La teoría propuso la existencia de una nueva fase de materia sólida análoga a las teselaciones de Penrose con simetrías rotacionales que antes se pensaba que eran imposibles para los sólidos. Steinhardt y Levine llamaron a la nueva fase de la materia un "cuasicristal". La estructura atómica nunca antes vista tenía un orden atómico cuasiperiódico, en lugar del orden periódico característico de los cristales convencionales .

La nueva teoría anuló 200 años de dogma científico y demostró que los cuasicristales podían violar todos los teoremas matemáticos previamente aceptados sobre la simetría de la materia. Las simetrías que alguna vez se pensó que estaban prohibidas para los sólidos son en realidad posibles para los cuasicristales, incluidos los sólidos con ejes de simetría quíntuple y simetría icosaédrica tridimensional .

El primer cuasicristal sintético: trabajar simultáneamente, pero de forma independiente, con Steinhardt y Levine, Dan Shechtman , Ilan Blech, Denis Gratias y John Cahn en la Oficina Nacional de Estándares (NBS) se centraron en un descubrimiento experimental que no podían explicar. Era una aleación inusual de manganeso y aluminio con un patrón de difracción de lo que parecían ser puntos nítidos (aunque no perfectamente puntiagudos) dispuestos con simetría icosaédrica que no se ajustaba a ninguna estructura cristalina conocida. La aleación se observó por primera vez en 1982, pero los resultados no se publicaron hasta noviembre de 1984 después de que se obtuvieron datos más convincentes.

A Steinhardt y Levine se les mostró una preimpresión del artículo del equipo de Shechtman e inmediatamente reconocieron que podría ser una prueba experimental de su teoría de cuasicristal aún no publicada. La teoría, junto con la propuesta de que podría explicar la misteriosa estructura prohibida de la nueva aleación, se publicó en diciembre de 1984.

Finalmente, se descubrió que la nueva aleación era problemática. Resultó inestable y las imperfecciones observadas en el patrón de difracción permitieron múltiples explicaciones (incluida una sobre el hermanamiento de cristales propuesto por Linus Pauling ) que fueron objeto de acalorados debates durante los próximos años. En 1987, An-Pang Tsai y su grupo en la Universidad de Tohoku de Japón lograron un importante avance con la síntesis del primer cuasicristal icosaédrico estable . Tenía puntos de difracción nítidos dispuestos de acuerdo con la teoría de cuasicristal de Steinhardt y Levine y era inconsistente con cualquiera de las explicaciones alternativas. El debate teórico terminó efectivamente y la teoría de Steinhardt-Levine ganó una amplia aceptación.

Pequeña muestra, de unos 3 mm de diámetro, de un meteorito que contiene Khatyrkite (paneles superior e inferior izquierdo) de la colección de minerales del Museo di Storia Naturale en Florencia, Italia. El 2 de enero de 2009, Paul Steinhardt y Nan Yao identificaron el primer cuasicristal natural conocido incrustado en la muestra (área de descubrimiento indicada por un círculo rojo en el panel inferior derecho).

El primer cuasicristal natural: en 1999, Steinhardt reunió un equipo en la Universidad de Princeton para buscar un cuasicristal natural. El equipo, compuesto por Peter Lu, Ken Deffeyes y Nan Yao, ideó un algoritmo matemático novedoso para buscar en una base de datos internacional de patrones de difracción de polvo.

Durante los primeros ocho años, la búsqueda no arrojó resultados. En 2007, el científico italiano Luca Bindi , entonces curador de la colección de minerales en la Universite 'di Firenze, se unió al equipo. Dos años más tarde, Bindi identificó un espécimen prometedor en la sala de almacenamiento de su museo. El diminuto espécimen, de unos pocos milímetros de diámetro, había sido empaquetado en una caja etiquetada como " katirkita ", que es un cristal ordinario compuesto de cobre y aluminio. El 2 de enero de 2009, Steinhardt y Nan Yao, director del Princeton Imaging Center, examinaron el material e identificaron el patrón de difracción característico de un cuasicristal icosaédrico. Este fue el primer cuasicristal natural conocido .

El patrón de difracción de electrones para la icosaedrita , el primer cuasicristal natural, se obtiene dirigiendo el haz de electrones hacia un eje de simetría quíntuple. Los patrones se corresponden perfectamente (hasta la resolución experimental) con los patrones quíntuples predichos por primera vez por Paul Steinhardt y Dov Levine en la década de 1980 para un cuasicristal icosaédrico.

La Asociación Mineralógica Internacional aceptó el cuasicristal como un nuevo mineral y designó su nombre, icosahedrita . El material tenía exactamente la misma composición atómica (Al 63 Cu 24 Fe 13 ) que el primer cuasicristal termodinámicamente estable sintetizado por An-Pang Tsai y su grupo en su laboratorio en 1987.

Expedición a Chukotka: dos años después de identificar la muestra del museo, Steinhardt organizó un equipo internacional de expertos y los condujo en una expedición a su fuente, el remoto arroyo Listventovyi en el Okrug autónomo de Chukotka en la mitad norte de la península de Kamchatka en el extremo oriental de Rusia. . El equipo incluía a Bindi y Valery Kryachko, el geólogo de minerales ruso que había encontrado las muestras originales de cristal de katirkita mientras trabajaba en el arroyo Listventovyi en 1979.

En la ubicación del arroyo Listventovyi en la península de Kamchatka en 2011 (de izquierda a derecha): Luca Bindi (Universidad de Florencia, Italia), Valery Kryachko (IGEM, Rusia) y Paul Steinhardt (Princeton, EE. UU.)

Otros miembros del equipo fueron: Chris Andronicos, Vadim Distler, Michael Eddy, Alexander Kostin, Glenn MacPherson, Marina Yudovskaya y el hijo de Steinhardt, William Steinhardt.

Después de excavar y cribar una tonelada y media de arcilla a lo largo de las orillas del arroyo Listvenitovyi en las montañas Koryak , se identificaron ocho granos diferentes que contenían icosahedrita. Durante los años posteriores de estudio, el equipo de Steinhardt demostró que tanto la muestra encontrada en el museo de Florencia como las muestras recuperadas del campo en Chukotka se originaron a partir de un meteorito formado hace 4.500 millones de años (antes de que hubiera planetas) y aterrizó en la Tierra alrededor de 15.000. hace años que.

Cuasicristales más naturales: estudios posteriores revelaron otros minerales nuevos en las muestras de Chukotka. En 2014, se descubrió que uno de esos minerales era una fase cristalina de aluminio, níquel y hierro (Al38Ni33Fe30). Fue aceptado por la Asociación Mineralógica Internacional y nombrado "steinhardtita" en honor a Steinhardt. En 2015, se descubrió un segundo tipo de cuasicristal natural en un grano diferente del mismo meteorito. Se descubrió que el segundo cuasicristal natural conocido era una mezcla diferente de aluminio, níquel y hierro (Al71Ni24Fe5) y tenía una simetría decagonal (un apilamiento regular de capas atómicas, cada una de las cuales tiene una simetría de diez veces). Fue aceptado por la Asociación Mineralógica Internacional y recibió el nombre de "decagonita".

También se descubrieron otros tres minerales cristalinos, que recibieron el nombre de colegas involucrados en la investigación de cuasicristal de Steinhardt: “hollisterita”, para el petrólogo de Princeton Lincoln Hollister; “Kryachkoite”, para el geólogo ruso Valery Kryachko; y "stolperita", para el ex rector de Caltech, Ed Stolper.

Patrón de cuasicristal de mosaico Girih en la mitad derecha de la enjuta en el Santuario Darb-e Imam

El primer cuasicristal encontrado en la primera prueba de la bomba atómica: en 2021, Steinhardt dirigió el equipo que descubrió un novedoso cuasicristal icosaédrico creado por la detonación del primer dispositivo nuclear en Alamogordo, Nuevo México , el 16 de julio de 1945 (la prueba Trinity ). El nuevo cuasicristal fue descubierto dentro de una muestra de trinitita roja y es el cuasicristal antropogénico existente más antiguo jamás descubierto. Se cree que la estructura previamente desconocida, que está hecha de hierro, silicio, cobre y calcio, se formó por la fusión de arena del desierto vaporizada y cables de cobre durante la explosión de prueba atómica. El descubrimiento de un cuasicristal único en trinitita podría transformar el campo de la ciencia forense nuclear , dando lugar a una nueva herramienta de diagnóstico que podría ayudar a las fuerzas del orden a prevenir futuros ataques terroristas mediante el uso de cuasirestales (que, a diferencia de los desechos radiactivos y los gases, no se descomponen) para identificar la firma de un arma atómica y localizar a los culpables.

Otras contribuciones al campo: Steinhardt y sus colaboradores han hecho contribuciones significativas para comprender las propiedades matemáticas y físicas únicas de los cuasicristales, incluidas las teorías de cómo y por qué se forman los cuasicristales y sus propiedades elásticas e hidrodinámicas .

Peter J. Lu y Steinhardt descubrieron un mosaico islámico cuasicristalino en el Santuario Darb-e Imam (1453 d.C.) en Isfahan , Irán , construido con mosaicos girih . En 2007, descifraron la forma en que los primeros artistas crearon patrones de girih periódicos cada vez más complejos . Esos primeros diseños se demostró que han culminado en el desarrollo de una cuasi casi perfecta cristalina patrón de cinco siglos antes del descubrimiento de patrones de Penrose y la teoría cuasi cristal Steinhardt-Levine.

Fotónica e hiperuniformidad

La investigación de Steinhardt sobre cuasicristales y otros sólidos no cristalinos se expandió al trabajo sobre materiales de diseño con nuevas propiedades fotónicas y fonónicas.

Cuasicristales fotónicos: un equipo de investigadores que incluía a Steinhardt, Paul Chaikin, Weining Man y Mischa Megens diseñó y probó el primer cuasicristal fotónico con simetría icosaédrica en 2005. Fueron los primeros en demostrar la existencia de espacios de banda fotónicos ("PBG"). Estos materiales bloquean la luz para un rango finito de frecuencias (o colores) y dejan pasar la luz con frecuencias fuera de esa banda, similar a la forma en que un semiconductor bloquea electrones para un rango finito de energías.

Sólidos hiperuniformes desordenados (HUDS): Trabajando con Salvatore Torquato y Marian Florescu, en 2009 Steinhardt descubrió una nueva clase de materiales fotónicos llamados sólidos hiperuniformes desordenados (HUDS), y mostró que los sólidos que consisten en una disposición desordenada hiperuniforme de elementos dieléctricos producen espacios de banda con perfecta simetría esférica. Estos materiales, que actúan como semiconductores isotrópicos de la luz, se pueden utilizar para controlar y manipular la luz en una amplia gama de aplicaciones que incluyen comunicaciones ópticas , computadoras fotónicas, recolección de energía, óptica no lineal y fuentes de luz mejoradas.

Phoamtonics: en 2019, Steinhardt, junto con Michael Klatt y Torquato, introdujeron la idea de "foamtonics", que se refiere a materiales fotónicos basados ​​en diseños de espuma. Demostraron que podrían surgir grandes bandgaps fotónicos en las estructuras de red creadas al convertir los bordes de la espuma (intersecciones entre las burbujas de espuma) en un material dieléctrico para las dos estructuras de espuma cristalina más famosas, las espumas Kelvin y las espumas Weiare-Phelan.

Etaphase Inc .: Los avances en metamateriales de Steinhardt y sus colegas de Princeton tienen valiosas aplicaciones comerciales. En 2012, los científicos ayudaron a crear una empresa de nueva creación llamada Etaphase, que aplicará sus descubrimientos a una amplia gama de productos de alto rendimiento. Las invenciones se utilizarán en circuitos integrados, materiales estructurales, fotónica, comunicaciones, comunicaciones de chip a chip, comunicaciones entre chips, sensores, comunicaciones de datos, redes y aplicaciones solares.

Sólidos amorfos

La investigación de Steinhardt en formas desordenadas de la materia se ha centrado en la estructura y propiedades de los vidrios y semiconductores amorfos , y metales amorfos .

Construyó el primer modelo de red aleatoria continua (CRN) generado por computadora de vidrio y silicio amorfo en 1973, cuando todavía era estudiante en Caltech . Los CRN siguen siendo el modelo líder de silicio amorfo y otros semiconductores en la actualidad. Trabajando con Richard Alben y D. Weaire, usó el modelo de computadora para predecir propiedades estructurales y electrónicas.

Trabajando con David Nelson y Marco Ronchetti, Steinhardt formuló expresiones matemáticas, conocidas como "parámetros de orden de orientación", para calcular el grado de alineación de enlaces interatómicos en líquidos y sólidos en 1981. Aplicándolos a simulaciones por computadora de líquidos monoatómicos superenfriados, demostraron que los átomos forman arreglos con un orden de orientación de enlaces icosaédricos (como un balón de fútbol) de rango finito a medida que los líquidos se enfrían.

Honores y premios

Referencias