Seminarios y Eventos

Seminars and Events

Tesis Doctorales


21 September 2018, 11:00 h. Salón de Actos

La litografía de oxidación local para la fabricación de dispositivos nanoelectrónicos

Francisco Miguel Espinosa Barea
Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid, CSIC


Supervisor(s): Ricardo García García

Las nanolitografías basadas en el uso de un microscopio de fuerzas han demostrado un alto grado de fiabilidad y versatilidad para la fabricación de nanoestructuras. En esta tesis, se aplica la técnica de nanolitografía de oxidación local (o-SPL) para la fabricación directa de patrones de óxidos sobre distintos materiales como silicio o materiales bidimensionales. La técnica se ha empleado para la fabricación de dispositivos nanoelectrónicos y nanomecánicos. En particular, se han desarrollado nanotransistores de efecto campo (FET) basados en nanohilos de silicio (SiNW) con estructura de tipo planar y suspendida. Los nanoFET fabricados alcanzan valores de "subthreshold swing" (SS) de 170 mV / decade además de presentar una relación de corriente de encendido y apagado ON/OFF de (~10^4). Estos nanoFETs han mostrado una gran sensibilidad para la detección de biomoléculas. Se han detectado concentraciones de ferritina de 22 pM y de avidina de 500 pM. Además, para comprobar la existencia de las moléculas de avidina sobre la superficie del biosensor, se ha usado la espectroscopía de fuerza mediante una molécula (SMFS) para el reconocimiento molecular del sistema avidina-biotina. Finalmente, o-SPL se ha utilizado para fabricar nano-transistores bidimensionales formados por una sola capa de disulfuro de molibdeno.




19 July 2018, 12:00 h. Sala de Seminarios, 182

Diseño, Preparación y Evaluación de Nuevas Mezclas Eutécticas y Acuosas Para la Síntesis de Materiales Mediante Procesos de Química Verde

Sara García Argüelles
Dpto. de Nuevas Arquitecturas en Ciencia de Materiales


Supervisor(s): Francisco del Monte
María Concepción Gutiérrez

En cualquier proceso sintético enfocado a la obtención de materiales es preciso controlar tres parámetros fundamentales, que determinarán el éxito de dicha síntesis en términos de rendimiento, selectividad, morfología y/o funcionalidad. Estos tres parámetros son: precursores, catalizadores y agentes directores de estructura de los materiales.
Parte de los trabajos experimentales realizados durante esta tesis están basados en el uso de mezclas eutécticas (DESs) -una categoría especial dentro de los líquidos iónicos- que se definen de forma genérica como fluidos compuestos por dos o tres componentes que son capaces de auto-asociarse, dando lugar una mezcla con un punto de fusión más bajo que el de sus componentes por separado. En estos trabajos se describe el diseño y la evaluación de nuevos DESs para su aplicación como catalizadores bifuncionales, en ausencia de disolventes tradicionales, y también, se diseñan y preparan nuevos DESs “todo en uno” que actúan simultáneamente como precursores de polímero y suministradores de moléculas farmacológicamente activas, además de como el medio de reacción donde se desarrolla la policondensación.
Por otro lado, se recogen trabajos experimentales, utilizando la metodología ISISA o Autoensamblado Inducido por Segregación de Hielo, donde el hielo actúa como agente director de estructura en la síntesis de materiales. En este caso se evalúa el diseño y la preparación de nuevos scaffolds biocompatibles a partir de soluciones o suspensiones acuosas de distintos sustratos de naturaleza diversa, controlando los parámetros críticos que determinan su estructura y propiedades.




27 June 2018, 12:00 h. Salón de Actos

Synthèse des aluminosilicates de type géopolymères et zéolite LTA à partir des kaolins. Application à l’adsorption des métaux lourds (Cu(II), Cr(VI)) et des colorants textiles (jaune bezanyl, vert nylomine)

Nor-El-Houda Fardjaoui
Université 8 Mai 1945, Guelma (Argelia)


Supervisor(s): Fatima Zahra El-Berrichi (Université 8 Mai 1945, Guelma)
Eduardo Ruiz-Hitzky

Releases of varying micropollutants (anionic dyes, heavy metals…) in the environment are increasing, these pollutants, toxic and poorly degradable, are usually the source of many harmful health effects. Zeolite LTA was synthesized by the autoclave method, in alkaline medium, using the DD3 Algerian clay. The synthesized zeolite LTA can be efficiently used for bezanyl yellow (BY) and nylomine green (NG) adsorption (25 mg/L) at very low adsorbent doses (0.1 gzeolite LTA /gsolution), natural pH (~7) and temperatures below 60 °C. However, preliminary dilution of nylomine green (NG) containing effluents would decrease the steric hindrance of the sized NG molecules and improves therefore the adsorption capacities. On the other hand, very acidic and very alkaline pH improves the adsorption but enhances the zeolite dealumination. Freundlich isotherm and pseudo–second–order kinetics were found to be the most appropriate models to describe the removal of BY (Ea = 23.4±1 kJ/mol) and NG (Ea = 18.34 kJ/mol) from water. Free energy (ΔG°), enthalpy (ΔH°), and entropy (ΔS°) changes during physisorption were carefully evaluated at temperatures below 60 °C in order to avoid the contribution of thermodynamic parameters of dyes dissolution. The effect of simultaneously controlled humidity and temperature adopted in view to produce nanostructured geopolymers derived from metakaolin for functional applications was done. Geopolymer samples were prepared by dissolving high-quality metakaolin in water-glass solutions then cured and dried using well controlled humidity and temperature conditions for different aging times. Chemical stability, mechanical properties and sorption ability have been investigated with the aim to further explore their potential functional applications. Incorporation of polymers, such as alginic acid and pluronic-123, yields functional nanorachitectures that display ability for removal of heavy metal ions in solution (e.g. Cr VI and Cu II).






25 June 2018, 10:30 h. Sala de grados, módulo 8. Facultad de Ciencias. UAM

Characterization and decoupling of high-quality graphene grown by fullerene decomposition on Cu foils

Jon Azpeitia Urkia
Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid, CSIC.


Supervisor(s): Carmen Munuera López y Paqui López Fagúndez

El objetivo de la presente tesis se basa en la optimización del crecimiento de grafeno con precursores en estado sólido (C60) en UHV y en la caracterización de dicho material por diversos métodos. Esta caracterización exhaustiva nos ha permitido obtener resultados que concluyen que el método de crecimiento planteado proporciona grafeno de alta pureza en cobre policristalino (debido al entorno controlado que ofrece el ultra alto vacío) con una fracción nula de bicapas o multicapas. Posteriormente, se han llevado a cabo experimentos para la optimización del proceso de transferencia del grafeno a sustratos aislantes, considerando dos aproximaciones: por un lado, la intercalación en la interfase grafeno/cobre de moléculas por métodos electroquímicos. Por otro, se han empleado técnicas de ultra alto vacío para la intercalación de oxígeno. A su vez, estos dos procedimientos han sido mejorados apoyándose en continuas caracterizaciones tanto estructurales como químicas y electrónicas. Finalmente, se ha equipado el laboratorio con un imán vectorial superconductor ensamblado a un equipo criogénico y a un microscopio de fuerzas magnéticas (MFM). Se ha caracterizado el perfil del campo magnético en el área donde reside la muestra, para certificar la homogeneidad del campo en dicha zona. También se han caracterizado dos sistemas físicos: un disco duro donde la inclinación del campo magnético se refleja en la respuesta de los bits y un sustrato superconductor con grafeno crecido por el método arriba planteado. Los resultados validan este método de caracterización local en un rango de temperatura entre 1.5 y 300K.




22 June 2018, 11:00 h. Salón de Actos

Quantum Transport and Topological Features in Two-dimensional Materials

Francesca Finocchiaro
IMDEA Nanociencia


Supervisor(s): Francisco Guinea, Pablo San-José

In this thesis I present three theoretical studies on novel phenomena arising in two-dimensional materials, which can be exploited to tailor their emergent topological properties. In graphene, I propose two schemes for engineering two independent topological phases of matter, both relying on its unconventional low-energy properties. On the one hand, I consider graphene deposited on a magnetic substrate as a possible detector for skyrmions, using as a working principle the anomalous Hall signal produced by these magnetic whirls. The linear semimetallic dispersion of graphene, together with its suitability for extrinsic engineering through proximity, render the detection especially effective. I then focus on a special quantum spin Hall phase with broken time-reversal symmetry that can be generated in twisted graphene bilayers in the quantum Hall state. In the regime of large twisting angles the interplay between electronic interactions and an applied electric field drives the system into the targeted phase, which can be used as a novel platform for topological superconductivity. Finally, I focus on a two-dimensional electron gas with strong spin-orbit coupling in the quantum Hall regime. The study of the topological properties of this system when it is proximitized with a superconducting strip and a Zeeman field is applied parallel to it reveals unconventional features that allow for a novel implementation of a topological $pi$ Josephson junction. This phase is relevant for implementing a universal set of protected single-qubit operations.




15 June 2018, 12:00 h. Salón de Actos

A study of complex magnetic configurations using Magnetic Force Microscopy

Eider Berganza Eguiarte


Supervisor(s): Agustina Asenjo y Miriam Jaafar

The irruption of nanomagnetism in industry has brought remarkable advances in data storage technologies. In addition, further development in this field is expected to revolutionize traditional medicine by addressing diagnosis and disease treatment from a localized approach. Applications require a deep fundamental knowledge on the magnetic behavior of nanostructures. This thesis is framed on the study of non-trivial magnetic configurations and magnetization reversal processes of different nano-objects.
The magnetic configuration and magnetization reversal process of cylindrical shaped magnets (nanowires and nanodots) have been studied using Magnetic Force Microscopy (MFM), a powerful tool to image ferromagnetic structures in the nanoscale.
Variable Field MFM measurements and in particular its advanced modes are decisive to study the pinning mechanisms in nanowires with axial magnetization, where different strategies have been explored in order to obtain a controlled motion of the domain wall.
Cobalt based cylindrical nanowires with strong magnetocrystalline anisotropy have present complex vortex-like magnetic configurations as a result of the interplay of shape and magnetocrystalline anisotropies. Multisegmented nanowires, which combine segments of different ferromagnetic structures, are of particular relevance when it comes to engineer the magnetic domain configuration of nanowires.
Finally, the detection of hedgehog skyrmions in permalloy nanodots (nanowires of short length) represents a major breakthrough due to the absence of perpendicular magnetic anisotropy or Dzyaloshinski-Moriya interaction (DMI) in the system. The behavior of nanodots of diameter below and beyond 100nm are studied and modelled under applied field. In bigger nanodots vortex configurations are present, while smaller nanodots present skyrmions.




11 May 2018, 12:00 h. Salón de Actos

Modelling spin correlations in graphene and chiral molecules

Luis A. González Árraga
Universidad Autónoma de Madrid


Supervisor(s): Pablo San José y Paco Guinea

El magnetismo en diferentes materiales subyace a un gran número de tecnologías de enorme importancia, desde detectores (MRI, magnetómetros), almacenamiento de datos (efecto magnetoeléctrico), o incluso transporte (MAGLEV) y computación cuántica (qubits de spin). Hasta recientemente no se conocían fases magnéticas intrínsecas en los nuevos cristales bidimensionales como el grafeno y demás cristales bidimensionales descubiertos en la última década. El magnetismo en sistemas de baja dimensionalidad (1D y 2D), posibilita nuevas tecnologías, y abre la puerta a un nuevo mundo en sistemas magnéticos, profundamente distinto que en sistemas 3D. En esta tesis se exploraron maneras de inducir magnetismo y correlaciones de spin interesantes en sistemas 1D (moléculas quirales) y en cristales 2D (grafeno y derivados). En moléculas quirales se analizó cómo la quiralidad geométrica de la molécula (forma espiral) y el acoplo spin-órbita se combinan para dar lugar a transporte selectivo de spin. En cristales 2D se exploró el magnetismo y las interacciones entre adátomos sobre grafeno monocapa, y cómo responden a las tensiones del cristal revelando directamente los campos pseudomagnéticos que éstas producen. Asimismo se investigó las inestabilidades magnéticas en bicapas de grafeno rotadas. Se demonstró que éste sistema, de gran actualidad por el descubrimiento reciente de superconductividad a ángulos bajos, desarrolla un exótico tipo de vidrio de spin con correlaciones Neel de 120 grados conmensuradas con el patrón de moiré al someterlo a campos eléctricos. El magnetismo controlado electrónicamente es sumamente atractivo desde un punto de vista tecnológico. Se caracterizó la estabilidad de las diferentes fases, su topología electrónica,




22 March 2018, 12:00 h. Salón de Actos

Funcionalización covalente y selectiva de grafeno en ultra alto vacío

Rebeca Aceituno Bueno
Universidad Autónoma de Madrid


Supervisor(s): Jose Angel Martín Gago y Mª Francisca López Fagúndez

En esta tesis se ha estudiado una estrategia innovadora de funcionalización covalente controlada de grafeno. Este procedimiento consiste en crear vacantes monoatómicas que actúan como zonas de alta reactividad donde moléculas orgánicas que contengan un grupo amino, se deshidrogenan y el nitrógeno se introduce en la vacante de tal manera que completa la red de grafeno, dejando el resto de la molécula intacto. El procedimiento usado comprende dos etapas. Una primera etapa consiste en la formación de mono-vacantes en la red cristalina de grafeno mediante el bombardeo suave de iones de Ar+ bajo unas condiciones de UHV. La segunda etapa consiste en la exposición de dicha superficie de grafeno con mono-vacantes a una molécula orgánica que contenga un grupo amino, ya que se ha comprobado que el protocolo es muy eficiente para este grupo en particular. Una descripción detallada tanto experimental como teórica de la estrategia de funcionalización se particulariza para el caso de la molécula p-AP, formada por un grupo amino (-NH2) junto a un un anillo aromático y un grupo hidróxilo (-OH). Hemos observado que no se deterioran las propiedades eléctricas macroscópicas del grafeno epitaxial de las muestras de 4H-SiC(0001). También hemos comprobado que el sistema es estable térmicamente. Las moléculas no se deterioran y los enlaces covalentes permanecen inalterados hasta temperaturas superiores a 250°C, lo que incrementa el interés desde el punto de vista de las potenciales aplicaciones. Por último, esta estrategia puede ser utilizada para proporcionar al grafeno nuevas funcionalidades, en particular hemos utilizado para la unión




19 March 2018, 12:00 h. Salón de Actos

Síntesis de Grafeno Sobre Sustratos Dielécticos Mediante Deposición Química en Fase Vapor Asistida por Plasma

Roberto Muñoz Gómez


Supervisor(s): Mar García Hernández

En este trabajo, mediante la técnica de plasma ECR?CVD se ha conseguido depositar grafeno directamente sobre sustratos de óxido de silicio (SiOx) ? sílice fundida, cuarzo monocristalino y óxido de silicio nativo sobre oblea de Si? a una temperatura moderadamente baja (<700ºC) y en un tiempo similar al proceso catalítico completo incluyendo la transferencia. Se ha estudiado la influencia de los diferentes parámetros de síntesis en la morfología, estructura y composición del grafeno depositado y en la estabilidad del sustrato en diferentes etapas del proceso de crecimiento mediante técnicas de caracterización avanzada como AFM, XPS y Raman Confocal. Los resultados muestran que las películas de grafeno crecidas tienen unas propiedades y estructura apropiadas para diferentes aplicaciones, con tamaño de grano ?dominio? cercano a una micra. En el caso del cuarzo, con el proceso más optimizado, se han depositado capas con una resistencia de hoja de 900 ??sq?1 manteniendo la transmitancia por encima del 92% , siendo a nuestro conocimiento uno de los resultados más notables publicados hasta el momento. Se ha constatado que las limitaciones y retos actuales del proceso son principalmente dos; la baja velocidad de crecimiento que limita el tamaño de dominio de las peliculas y la ausencia de carácter autolimitante ya que el proceso continua aun con el sustrato cubierto.




02 March 2018, 12:00 h. Salón de Actos

Improved thermoelectric performance in nanostructured chalcogenides and pnictides: synthesis, structure and transport

Federico Serrano Sánchez


Supervisor(s): José Antonio Alonso Alonso






02 March 2018, 12:00 h. Salón de Actos

Quantum properties of nanostructure semiconductors: Spin-orbit, entanglement and valley physics.

José Carlos García-Abadillo Uriel


Supervisor(s): María José Calderón Prieto

Silicon is the most important semiconductor material, being present in all the electronic devices around us. This material has also drawn attention due to its useful properties for the construction of a scalable quantum computer which, at the same time, would be compatible with classical devices. Among these features, its extraordinary quantum coherence, due to the negligible spin-orbit interaction for electrons and the ability to get rid of nuclear spins by isotopic purification, stands out. However, quantum state manipulation requires the application of oscillating and, often, localized magnetic fields which require too much power while being experimentally challenging. Besides, the original proposals for entanglement protocols impose complex restrictions on the devices, which are technologically complicated. In this thesis, alternatives for quantum computation in semiconductors are proposed. The first of these options is the use of hole bound states instead of electron states. Holes bound to acceptors in Silicon are inherently susceptible to the spin-orbit interaction, which allows the possibility to define quantum bit (qubit) electrically manipulable, potentially much more efficient to manipulate than with magnetic fields. At the same time, it paves the way for new possibilities to generate entanglement between qubits. The effects of spin-orbit interactions on the qubit coherence will also be addressed. When electrons are considered, the degenerate minima (valleys) in the conduction band add a new degree of freedom which has to be taken into account. In this thesis, the valley physics of quantum dot bound states is analyzed in two different geometries. These states also allow the interaction with electric fields, simplifying the scalability. In exchange, the coherence properties can be affected. The valley degree of freedom is affected by the nanostructure confinement and electric fields, which gives a particular flexibility that can be used to improve the coherence properties. Finally, the use of two-dimensional materials is proposed as another alternative. Two-dimensional materials are being studied for their many unusual properties and potential applications. We explore the feasibility of using dopants in these materials to define qubits.




22 January 2018, 12:00 h. Salón de Actos

Magnetic Force Microscopy Study of Layered Superconductors in Vectorial Magnetic Fields

Alexandre Correa Orellana


Supervisor(s): Carmen Munuera López

En esta tesis se combinan diferentes herramientas experimentales para el estudio de las propiedades superconductoras a escala nanométrica: la criogenia de dilución, la microscopia de fuerzas (AFM/MFM) y la generación de altos campos magnéticos. Con estas técnicas se ha abordado el estudio de diferentes propiedades de la superconductividad. El objetivo general de la tesis es el estudio de la red de vórtices en diversos sistemas superconductores de tipo II, con objeto de comprender mejor la interacción de la red de vórtices con nanoestructuras o la estructura cristalina y controlar así su posición y movimiento, que son factores claves para la futura aplicación de estos materiales. Para llevar a cabo estos estudios, uno de los objetivos principales de este proyecto ha consistido en la puesta en funcionamiento de un sistema de microscopía de fuerzas magnéticas (MFM) compatible con un criostato con bobina superconductora. Este sistema permite realizar medidas en un rango de temperaturas de 1.8K-300K y bajo campo magnético Dentro de los sistemas estudiados se ha prestado especial atención a un tipo de materiales que son los superconductores crecidos en capas, donde las propiedades superconductoras se ven afectadas por el confinamiento dimensional. Los parámetros básicos que definen estos superconductores, tales como, longitud de coherencia, longitud de penetración, campo magnético crítico, entre otros, se vuelven altamente anisótropos e inhomogéneos respecto a las direcciones espaciales. Además, se ha trabajado en la deposición y nanoestructuración de láminas de grafeno en la superficie de los superconductores para estudiar las interfaces grafeno-superconductor y sus efectos en la red de vórtices y las propiedades eléctricas de estas uniones.




       

ICMM-2018 - Sor Juana Inés de la Cruz, 3, Cantoblanco, 28049 Madrid, España. Tel: +34 91 334 9000. info@icmm.csic.es