Diseño, implementación y validación de un módulo computacional para el análisis de momento angular fonónico (PAM/PAM-DOS) integrado en la biblioteca de código abierto Phonopy.

Abstract

El análisis del Momento Angular Fonónico (PAM), una propiedad clave para entender fenómenos cuánticos en materiales, ha estado limitado por la falta de herramientas computacionales integradas, forzando a los investigadores a usar flujos de trabajo ad-hoc, poco reproducibles y difíciles de mantener. Este trabajo de grado resuelve este problema desde la ingeniería de sistemas, abordando el ciclo de vida completo para desarrollar un módulo de software de código abierto, robusto y validado para el análisis de PAM, integrado en la biblioteca Phonopy. La solución se materializa en un artefacto de software cuyo diseño arquitectónico no intrusivo respeta la integridad del ecosistema Phonopy, garantizando la mantenibilidad y facilitando su futura adopción por la comunidad. Su núcleo de cálculo, implementado eficientemente en Python y NumPy, utiliza vectorización para permitir el análisis de sistemas a escala realista. La funcionalidad se expone a través de una interfaz de línea de comandos (CLI) diseñada para ser coherente e intuitiva, democratizando el acceso a un cálculo físico complejo. El resultado es un instrumento computacional fiable, cuya correctitud fue rigurosamente comprobada mediante un proceso de Verificación y Validación (V&V). La validación física, utilizando el material quiral TaSi2 como caso de estudio, demostró que el módulo reproduce con éxito las firmas físicas esperadas, como la inversión de signo del PAM entre enantiómeros. Esta evidencia confirma la validez del software como herramienta científica. Finalmente, este proyecto no solo entrega una extensión funcional para Phonopy, sino que establece un precedente para la integración de nuevas teorías en plataformas de software científico existentes, potenciando la investigación futura en la física de materiales cuánticos.