Líneas de investigación
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Superconductores, materia de vórtices y aplicaciones
Los superconductores son materiales que pueden transportar corriente eléctrica sin disipación a temperaturas suficientemente bajas. Esto los hace aplicables a la transmisión y almacenamiento de energía, así como a diversos dispositivos tecnológicos, en particular en el caso de los superconductores de alta temperatura crítica. El descubrimiento de nuevas familias de compuestos, como los pnictogenuros y calcogenuros basados en hierro, ha mantenido el impulso en este campo y ha generado la esperanza de encontrar nuevas familias de materiales con temperaturas críticas aún más altas y aplicaciones hasta ahora inexploradas.
Nuestro laboratorio lleva más de 60 años investigando las propiedades electrónicas, termodinámicas y magnéticas de los superconductores y fue uno de los primeros en Latinoamérica en observar resistencia nula en superconductores de alta temperatura crítica. Desde entonces, hemos estudiado exhaustivamente las propiedades de los superconductores convencionales y de alta temperatura, así como la materia de vórtices que se nuclea en los superconductores de tipo II al aplicar un campo magnético. Nuestra investigación se centra principalmente en el estudio de monocristales y películas delgadas de producción propia, pero también colaboramos con otros grupos que nos proporcionan muestras. Las actividades actuales de nuestro grupo incluyen el estudio de diversos temas:
- Propiedades electrónicas del estado superconductor y normal en superconductores basados en Fe: Nuestro objetivo es comprender los mecanismos microscópicos que conducen a los fenómenos electrónicos emergentes observados en el volumen de las muestras.
- Propiedades electrónicas y magnéticas locales de materiales superconductores: Aplicamos varias técnicas para revelar el impacto de los defectos atómicos en las propiedades electrónicas y magnéticas locales y en el volumen de los superconductores.
- Propiedades estructurales de la materia de vórtices nucleada en superconductores tipo II: Utilizamos la materia de vórtices como un sistema modelo de materia blanda condensada para estudiar diferentes fases estructurales y sus transiciones de fase, particularmente la nucleación de estructuras hiperuniformes en medios huéspedes con diferentes tipos de desorden.
- Películas delgadas superconductoras y heteroestructuras para detectores de radiación criogénica: Nos centramos en detectores de fotón único basados en nanocables superconductores y junturas Josephson. Los parámetros clave estudiados incluyen la temperatura crítica, la resistividad, los campos críticos superiores y la dinámica de vórtices. Exploramos cómo se pueden aprovechar el confinamiento geométrico y la ingeniería de interfaces para optimizar la funcionalidad de los dispositivos.
- Dispositivos de materiales superconductores bidimensionales producidos por clivado: Hemos producido con éxito láminas delgadas de MoSe₂, PtBi₂ y FeSe y estamos estudiando su aplicación para dispositivos superconductores.
Personas: M.L. Amigó, A. Cruz García, Y. Fasano, J. Guimpel, N. Haberkorn, G. Mogensen, G. Nieva, J. Puig, J. Zapata.
Semimetales con topología no trivial
Los semimetales poseen la capacidad de conducir electricidad, aunque su densidad de estados en el nivel de Fermi es considerablemente menor en comparación con los metales convencionales. El bismuto y el grafito se encuentran entre los semimetales clásicos más conocidos y ambos presentan densidades de portadores de carga muy bajas. En los últimos años, se ha prestado gran atención a los llamados semimetales topológicos. Estos materiales presentan estados superficiales metálicos con simetría protegida.
Esto significa que, incluso con pasivación química o física, los estados superficiales permanecen inalterados debido a simetrías intrínsecas o restricciones topológicas. Estos semimetales frecuentemente presentan propiedades macroscópicas notables, como magnetorresistencia extrema o incluso superconductividad. En los últimos años, nuestro grupo de investigación se ha centrado en el estudio de semimetales como PtBi₂, WTe₂, HfTe₃ y materiales relacionados como el PdBi₂.
Personas: M. L. Amigó, V. F. Correa, Y. Fasano, N. Haberkorn, P. Pedrazzini, J. Puig, J. Zabala.
Intermetálicos basados en tierras raras
Los compuestos intermetálicos que contienen tierras raras o actínidos presentan diversos fenómenos que abarcan desde el magnetismo convencional hasta comportamientos más complejos como la superconductividad de fermiones pesados. A temperaturas suficientemente bajas, estos fenómenos pueden controlarse mediante la selección de parámetros adecuados para el sistema en cuestión, como el dopaje, campos magnéticos intensos, o presiones aplicadas.
A lo largo de los años, hemos utilizado este sistema modelo de materia condensada para investigar los fenómenos de valencia intermedia, los puntos críticos cuánticos y la superconductividad no convencional, principalmente en compuestos basados en cerio e iterbio. Actualmente, nuestro interés reside en el estudio de: a) el magnetismo complejo en sistemas basados en Eu como EuPdSn₂ y compuestos 115 como TbCoIn₄; b) los efectos de la presión en sistemas más simples como el gadolinio; y c) la interpretación de datos de capacidad térmica a muy baja temperatura de sistemas de tierras raras que podrían utilizarse para el enfriamiento magnético.
Personas: M. L. Amigó, V. F. Correa, G. Nieva, P. Pedrazzini, J. Sereni.
Muestras volumétricas y nanoestructuradas
Los monocristales de alta calidad son esenciales para estudiar las propiedades físicas intrínsecas de los materiales. En nuestro laboratorio, producimos monocristales de gran volumen de superconductores de alta temperatura crítica, calcogenuros metálicos y pnictógenos. Estas muestras se utilizan en la investigación del transporte eléctrico y térmico, así como de las propiedades elásticas y magnéticas de superconductores y otros materiales. Nuestro equipamiento de crecimiento de monocristales incluye un horno de espejo para la técnica de zona flotante de solvente móvil, un horno de 1700 °C para la técnica Bridgman y varios hornos tubulares para el crecimiento de material fundido y el transporte en fase de vapor.
La investigación de nuestro grupo también se centra en el desarrollo y la caracterización de películas delgadas y heteroestructuras para investigación básica y otras aplicaciones. Utilizamos técnicas de pulverización catódica y crecimiento por evaporación, junto con litografía óptica y electrónica, para producir nuestras muestras y estructuras. Este proceso permite la integración de diversos materiales, incluyendo nitruros superconductores con materiales ferromagnéticos y ferroeléctricos que optimizan sus propiedades.
La búsqueda de nuevos fenómenos en materiales limpios de baja dimensión, en particular aquellos con un espesor de tan solo unas pocas capas atómicas, nos ha llevado a explorar técnicas de exfoliación en dicalcogenuros, monocalcogenuros, pnicogenuros y cupratos de metales de transición. La exfoliación, la transferencia y el recubrimiento protector de estas láminas son los primeros pasos cruciales para la investigación en esta clase emergente de materiales bidimensionales. Un desafío importante en el estudio de las propiedades físicas de estos materiales surge de la inestabilidad de las muestras con pocas monocapas en condiciones de presión y temperatura ambientes.
Personas: M. L. Amigó, V. F. Correa, J. Guimpel, N. Haberkorn, G. Mogensen, G. Nieva, P. Pedrazzini, J. Zabala, J. Zapata.
Minerales
Los cristales naturales pueden presentar tamaños y formas formidables, a menudo inalcanzables en sus homólogos cultivados en laboratorio. Esto brinda una oportunidad única para estudiar las extensas propiedades de las rocas. El magnetismo es un fenómeno frecuente en los minerales. La interacción entre los grados de libertad magnéticos y de la estructura cristalina, comúnmente conocida como acoplamiento magnetoelástico o magnetostricción, puede ser significativa a temperaturas criogénicas.
En nuestro grupo nos centramos en el estudio de las propiedades térmicas y magnetoelásticas de rocas tipo carbonatos, en particular MnCO₃ (rodocrosita) y FeCO₃ (siderita). Recientemente, descubrimos que la rodocrosita presenta una expansión térmica uniaxial impulsada por fonones, junto con importantes efectos magnetoestrictivos tridimensionales.
Personas: V. F. Correa, N. Haberkorn, P. Pedrazzini.
