Objetivos

• El objetivo principal es el estudio, desde un punto de vista teórico, de las nuevas propiedades de los materiales y de los modernos dispositivos. Nuestro objetivo es la comprensión de los datos experimentales y las predicciones experimentales, a fin de ser capaces de reaccionar rápidamente a los nuevos acontecimientos y hacer frente a nuevos materiales y problemas de una forma ágil.
  

Financiación

Proyectos financiados por la Industria

1. Computación y modelado en la nanoscala: Asesoramiento científico.
Periodo: 1/1/2006 - 31/12/2009
Fuente de financiación: Fundación PHANTOMS
Importe total (euros): 20.153
Investigador principal: Serena Domingo, P.A.
Becarios y Doctorandos: Peláez Machado, S.

Proyectos financiados por los organismos: CICYT, SEUID, MEC-MICINN

1. Light control on nanoscale. Nanolight.

CONSOLIDER. (CDS-2007 00046).

Periodo: 1/12/2007 - 30/11/2012

Fuente de financiación: MEC

Importe total (euros): 6.800.0000

Coordinador: N.F. Van Hulst, Instituto Ciencias

Fotónicas, Barcelona

Investigador principal subproyecto: Nieto-Vesperinas, M.

Importe (euros): 223.850

Investigadores: Gomez Medina, R.

Becarios y Doctorandos: Valdivia Valero, F.J.

2. Nuevos conceptos y nuevos materiales para su utilización en espintrónica y nanoelectrónica (MAT2006-03741).
Period: 1/1/2007 - 31/12/2009
Financing Agency: MEC
Total Amount (euros): 121.000
Project Leader: Aguado Sola, R.
Scientists: Brey Abalo, L.; Vergés Brotons, J.A.; Calderón Prieto, M.J.;
Students: Salafranca Laforga, J.; Marcos de la Torre, D.

3. Propagación de electrones y fotones en estructuras complejas con heterogeneidades nano-y micrométricas (ELFO). (FIS2006-

11170-C02-01)

Periodo: 1/10/2006 - 30/9/2009

Fuente de financiación: MEC

Importe total (euros): 62.000

Investigador principal: Serena Domingo, P.A.

Investigadores: Nieto-Vesperinas, M. Gomez Medina R.

Becarios y Doctorandos: Peláez Machado, S.; García

Pomar, J.L., Valdivia valero, F.J.

4. Transporte electrónico de carga y espín en nanodispositivos semiconductores (MAT2005_00644).
Period: 2006 - 2009
Financing Agency: MEC
Project Leader: Platero Coello, G.
Scientists: Iñarrea, J.
Students: Sánchez, R.; Pérez-Monís, C.

5. Dinámica y estructura de fluidos complejos y sus interfases (FIS2007-65869-C03).
Period: 1/10/2007 - 3/8/2010
Financing Agency: MEC
Total Amount (euros): 21.780
Project Leader: Chacón Fuertes, E.

6. Simulación mecano-cuántica conjunta de electrones y núcleos atómicos en sólidos y moléculas (FIS2006-12117-C04-03).
Period: 1/10/2006 - 30/9/2009
Financing Agency: MEC
Total Amount (euros): 30.734
Project Leader: Herrero Aísa, C.
Scientists: Ramírez Merino, R.

Proyectos financiados por la Comunidad Autónoma de Madrid

1. Propiedades mecánicas, eléctricas y catalíticas de nanoobjetos: síntesis, caracterización y modelización (FIS2006 S-0505/MAT/0303).
Periodo: 01/10/2006 - 31/12/2009
Fuente de financiación: Comunidad de Madrid
Importe total (euros): 53.684
Investigador principal: Serena Domingo, P.A.
Becarios y Doctorandos: Peláez Machado, S.

Temas

1. Computación cuántica basada en silicio dopado
Hemos analizado algunos aspectos relevantes para el control cuántico de electrones ligados a donores (por ejemplo, fósforo) en silicio. En particular, hemos estudiado el efecto de la degeneración de valles de la banda de conducción del Si en la manipulación de electrones ligados a donores cerca de una intercara con SiO2, en función del acoplamiento valle-órbita presente en la intercara. La interferencia entre las funciones de onda centradas en cada uno de los valles da lugar a oscilaciones (como función de la distancia entre el donor y la intercara) en el tiempo túnel requerido para que un electrón ligado a un donor sea llevado a la interfaz Si/SiO2 por medio de un campo eléctrico. Estas oscilaciones desaparecen cuando el acoplamiento valle-órbita se anula, es decir, cuando el estado fundamental en la intercara está degenerado [1]. Como resultado, es posible que la implementación práctica de un computador cuántico basado en silicio requiera el posicionamiento preciso de los donores.
1. M.J. Calderón, B. Koiller, and S. Das Sarma, Phys. Rev. B, 77, 155302, 2008
Proyectos: Programa Ramón y Cajal, MAT2006-03741 (MICINN)

2. El efecto de la distorsión del tetraedro en las propiedades electrónicas de los pnicturos de hierro
El descubrimiento de superconductividad de alta temperatura en los pnicturos de hierro en febrero del 2008 marca un nuevo hito en la historia de la superconductividad. Como en los cupratos al dopar una fase antiferromagnética se obtiene superconductividad y toda la física relevante parece ocurrir en los planos de hierro-arsénico. Sin embargo en los pnicturos la fase antiferromagnética es metálica. Nosotros hemos estudiado otra diferencia importante entre los dos compuestos. El entorno del hierro debido al arsénico es tetraédrico en vez de tetragonal como en los cupratos. Esto hace que este compuesto sea muy sensible a cambios estructurales. Experimentalmente se ha visto que al variar la distancia del arsénico al plano del hierro las propiedades magnéticas y superconductoras cambian. Nosotros hemos estudiado el efecto de la distorsión del tetraedro con la aproximación de ligaduras fuertes y hemos visto que esta distorsión tiene una fuerte influencia en las propiedades electrónicas. Actualmente estamos incluyendo correlaciones para estudiar las consecuencias de la distorsión del tetraedro en magnetismo y superconductividad.
1. M.J. Calderón, B. Valenzuela and E. Bascones (arXiv:0810.0019, aceptado en New Journal of Physics)
Proyectos: 1) Efectos de correlación electrónica en materiales y en sistemas mesoscópicos, Investigador principal: Pilar López Sancho. 2) Efectos de la correlación electrónica en sistemas de baja dimensionalidad, CCG07-CSIC/ESP-2323. Investigadora principal: Elena Bascones.

3. Escenario de competición en los superconductores de alta temperatura -cupratos-
Los cupratos, descubiertos en 1986, son aislantes de Mott antiferromagnéticos cuasibidimensionales que al doparse con electrones o huecos se convierten en superconductores de alta temperatura. Entre la fase antiferromagnética y superconductora existe una fase enigmática denominada pseudogap. Toda la física relevante parece ocurrir en las capas de óxido de cobre. Aunque estos sistemas se encuentran entre los materiales mejor caracterizados, la naturaleza del pseudogap y el mecanismo de la superconductividad no se conocen todavía. En nuestro trabajo estudiamos un escenario donde el pseudogap compite con la superconductividad y calculamos su espectro en fotoemisión resuelta en ángulo y dispersión Raman electrónica. En el caso de los cupratos dopados con electrones la fase que compite es antiferromagnética y para los dopados con huecos la fase que compite es menos convencional: una superficie de Luttinger. Curiosamente, debido a la diferente truncación de la superficie de Fermi inducida por el pseudogap, los resultados son muy diferentes para los dos superconductores. Los resultados obtenidos concuerdan con los datos experimentales. Asimismo hemos demostrado que el formalismo utilizado para estudiar el pseudogap es capaz de reproducir la fenomenología observada en experimentos de STM y en particular el llamado patrón de tipo tablero de damas.

1. B. Valenzuela and E. Bascones, Phys. Rev. B 78, 174522 (2008)
2. E. Bascones and B. Valenzuela, Phys. Rev. B 77, 024527 (2008)
Proyectos: 1) Efectos de correlación electrónica en materiales y en sistemas mesoscópicos, Investigadora principal: Pilar López Sancho. 2) Efectos de la correlación electrónica en sistemas de baja dimensionalidad, CCG07-CSIC/ESP-2323. Investigadora principal: Elena Bascones.

4. Heteroestructuras de manganitas
Las intercaras entre óxidos con distintas propiedades pueden presentar nuevas fases diferentes de las de volumen (reconstrucción electrónica). Nos hemos centrado en estudiar heteroestructuras en las que todos los componentes son perovskitas de óxido de manganeso (manganitas) de distintas propiedades. En una tricapa con una lámina delgada aislante y antiferromagnética entre dos capas metálicas y ferromagnéticas, hemos observado que la estructura electrónica de la capa intermedia depende de la orientación relativa de la magnetización en los electrodos, dando lugar a una magnetorresistencia significativa en la heteroestructura [1]. También hemos mostrado que en la intercara entre dos manganitas antiferromagnéticas y aislantes de distinta composición se puede formar un gas de electrones metálico y ferromagnético [2].
1. J. Salafranca, M.J. Calderón, and L. Brey, Phys. Rev. B, 77, 014441, 2008
2. M.J. Calderón, J. Salafranca, and L. Brey, Phys. Rev. B, 78, 024415, 2008
Proyectos: Programa Ramón y Cajal, MAT2006-03741 (MICINN)

5. Inestabilidad de Pomeranchuk en grafeno dopado
Grafeno, una monocapa de grafito, ha sido recientemente sintetizado (2004). El material tiene muchas propiedades sorprendentes entre ellas que es un sistema estrictamente bidimensional. Dos de las propiedades más buscadas en el grafeno han sido el ferromagnetismo y la superconductividad pero los resultados han sido escasos debido a la baja densidad de estados al nivel de Fermi. Recientemente se ha dopado el grafeno hasta el nivel de Van Hove, llenado crítico con alta densidad de estados. En este llenado muchas inestabilidades tales como superconductividad y ferromagnetismo u otras menos convencionales, pueden ocurrir. En particular, nosotros hemos estudiado que es posible encontrar la inestabilidad de Pomeranchuk en la cual debido a las interacciones electrónicas la superficie de Fermi rompe la simetría de la red iónica subyacente. También hemos estudiado como esta fase compite con el ferromagnetismo. En la actualidad estamos estudiando la competición entre la inestabilidad de Pomeranchuk y la superconductividad.
1. B. Valenzuela and M.A.H. Vozmediano, New Journal of physics 10, 113009 (2008)
Proyectos: Efectos de correlación electrónica en materiales y en sistemas mesoscópicos, Investigadora principal: Pilar López Sancho

6. Interacción electrón-bosón en puntos cuánticos: transporte y fluctuaciones
Hemos abordado dos temas diferentes: Hemos estudiado el transporte en sistemas nanoelectromecánicos (NEMS) formados por puntos cuánticos en presencia de radiación y analizado la corriente túnel asistida por fotones incluyendo los modos de vibración cuánticos. De nuestros resultados se deducen reglas de selección para el transporte. En otro trabajo, desarrollamos un modelo para obtener las fluctuaciones de carga y fotónicas en un punto cuántico en presencia de radiación. Se analiza la influencia del transporte electrónico en la emisión de fotones y viceversa. Obtenemos las fluctuaciones de carga y bosónicas (fotones) (“Full Counting Statistics”) y su dependencia con los parámetros del campo electromagnético. Se proponen configuraciones en las que la correlación electrón-fotón es máxima de manera que la emisión de fotones espontánea con energía bien definida está regulada mediante el túnel electrónico.
1. Tunnel spectroscopy in ac-driven quantum dot nanoresonators, Villavicencio J, Maldonado I, Sánchez R., Cota E., Platero G., Applied Physics Letters,92, 192102 (2008).
2. Resonance fluorescence in driven quantum dots: Electron and photon correlations, Sánchez R.; Platero G.; Brandes T., Physical Review B, 78, 125308 (2008).
Proyectos: MAT2005-00644:Transporte Electrónico de carga y espín en nanodispositivos semiconductores.

7. Magnetotransporte en gases electrónicos bidimensionales en presencia de microondas
El trabajo desarrollado en este tema consiste en analizar cuál es el efecto de la radiación de microondas en las oscilaciones Weiss producidas por un potencial espacial periódico en un gas bidimensional electrónico. Nuestro modelo muestra como los estados de resistencia cero, observados experimentalmente pueden ser destruidos o inducidos en función de la periodicidad espacial y de la frecuencia de la radiación[1]. Así mismo hemos analizado cuál es el efecto de un campo magnético en el plano de confinamiento del gas electrónico, en la resistividad y en particular en los estados de resistencia cero[2].

1. Driving Weiss oscillations to zero resistance states by microwave Radiation, Iñarrea J.; Platero G, Applied Phys. Letters, 93, 062104 (2008).
2. Effect of an in-plane magnetic field on microwave-assisted magneto-transport in a two-dimensional electron system, Iñarrea J.; Platero G., Physical Review B, 78, 193310 (2008).
Proyectos: MAT2005-00644:Transporte Electrónico de carga y espín en nanodispositivos semiconductores.

8. Nanoimanes controlados eléctricamente
En esta línea de investigación estudiamos el transporte electrónico a través de punto cuántico de un material semiconductor magnético diluido, del tipo (II,Mn)VI, en configuración de transistor de un solo electrón (SET por sus siglas en inglés). Hemos demostrado que este sistema se comporta como un nanoimán con propiedades magnéticas que pueden ser controladas eléctricamente.

1. Optical probing of spin fluctuations in a single magnetic atom, L. Besombes, Y. Leger, H. Boukari, J. Bernos, H. Mariette, J. P. Poizat, J. Fernández-Rossier and R. Aguado, Physical Review B, 78, 125324-1-125324-9, 2008
Proyectos: Nuevos Conceptos y Nuevos Materiales para su utilización en Espintrónica y Nanoelectrónica, MAT2006-03741, MEC.

9. Optimización por dinámica molecular de nanoestructuras metálicas
Dentro de esta línea se analiza la formación de estructuras preferenciales en nanohilos o nanocontactos metálicos. La presencia de configuraciones “mágicas” de tipo electrónico o iónico es fundamental para conseguir que dichos hilos metálicos puedan ser usados como medio de transporte electrónico en futuros dispositivos. Mediante métodos de dinámica molecular se analiza la evolución de estos sistemas durante su ruptura y se intenta explicar los resultados experimentales (histogramas de la conductancia).

1. P. García-Mochales et al. Journal of Nanomaterials, 2008, 361464 (2008).
2. P. García-Mochales et al., Physica Status Solidi, 205, 1317-1323 (2008).
3. P. García-Mochales et al. Nanotechnology 19, 225704 (2008).
Proyectos: MEC FIS2006-11170-C02-01, S-0505/MAT/0303

11. Propiedades de transporte de redes de nanopartículas
El transporte electrónico a través de nanopartículas metálicas se ve notablemente influenciado por la cuantización de la carga. Este efecto se ve aumentado en redes de nanopartículas. Durante este año hemos terminado un trabajo detallado en las propiedades de transporte de redes unidimensionales de nanopartículas metálicas, centrado en voltajes umbrales y en la distribución espacial de las caídas de potencial a lo largo de la red, ya sea debajo o por encima del umbral. Hemos estudiado dependencias de los parámetros de la red y analizado los papeles del desorden de carga y resistencia. También hemos comenzado un nuevo proyecto para estudiar la intercorrelación entre los efectos de energía de carga y ferromagnetismo. Para ello consideramos varios casos dentro de dos límites, que el tiempo de relajación del spin sea corto o que sea largo. En el primer caso nos centramos en la situación en que tanto partículas como electrodos son ferromagnéticos mientras que en el segundo restringimos la existencia de ferromagnetismo solamente a los electrodos.
1. E. Bascones, V. Estévez, J.A. Trinidad and A.H. MacDonald, Phys. Rev. B 77, 245422 (2008)
Proyectos: 1) Efectos de la correlación electrónica en sistemas de baja dimensionalidad CCG07-CSIC/ESP2323. 2) Efectos de correlación electrónica en materiales y en sistemas mesoscópicos FIS2005-05478-C02-01

12. Refracción anómala y negativa de electrones en grafeno
Proponemos un dispositivo para romper la degeneración de valle en grafeno y producir corrientes plenamente valle-polarizadas que pueden ser divididas o colimarse en un procedimiento experimental controlable. La propuesta combina dos ideas seminales recientes: refracción negativa y valletrónica en grafeno. El nuevo ingrediente radica en el uso de la forma especular de la superficie de Fermi de los dos valles cuando una alta densidad electrónica se induce por una puerta de voltaje. Cambiando el voltaje en una unión n-p-n de un transistor de grafeno, el dispositivo puede usarse como un divisor de haz, donde cada una de los haces pertenecen a un valle diferente, o como un colimador. Existe una analogía de este proceso con el fenómeno de refracción anómala en cristales fotónicos bidimensionales.
1. J.L. Garcia-Pomar, A. Cortijo y M. Nieto-Vesperinas, Fully Valley-Polarized Electron Beams in Graphene, Physical Review Letters 100, 236801-1 - 236801-4 (2008).
Proyectos: Light control on nanoscale. Nanolight. CONSOLIDER. (CDS-2007 00046).

13. Ruido cuántico y correlaciones en nanoelectrónica
El ruido cuántico y el ruido de no-equilibrio o shot, originados por las fluctuaciones temporales de la corriente eléctrica, definidos a partir de las correlaciones corriente-corriente, dan información relevante sobre el sistema que no es posible extraer a partir de medidas de transporte usuales (como por ejemplo la conductancia eléctrica). En concreto, el ruido puede dar información sobre la carga, la estadística y el grado de correlación de las cuasipartículas que participan en el transporte, así como de las escalas de frecuencia internas del sistema. Durante los últimos años una de las direcciones más prometedoras en el campo es el estudio de los momentos de la función de correlación corriente-corriente a todos los órdenes, en inglés full counting statistics (FCS). Este campo es muy novedoso y despierta grandes expectativas ya que un estudio sistemático de FCS permite caracterizar completamente el transporte electrónico en un conductor. Las medidas de ruido no sólo revelan propiedades relacionadas con la transferencia de carga en un conductor sino que pueden también cuantificar el grado de entrelazamiento (entanglement en inglés) entre partículas.

1. Entanglement between charge qubits induced by a common dissipative environment, L. D. Contreras and R. Aguado
Physical Review B, 77, 155420-1-155420-9, 2008.
Proyectos:Nuevos Conceptos y Nuevos Materiales para su utilización en Espintrónica y Nanoelectrónica, MAT2006-03741, MEC.
Full counting statistics and noise correlations in open qubits. Ministerio de Educación y Ciencia de España (MEC) - Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD). Acción integrada: CSIC/ Technische Universität Berlin

14. Simulación mecano-cuántica conjunta de electrones y núcleos atómicos en sólidos y sistemas moleculares
Este tema de trabajo incluye simulaciones cuánticas tanto de sólidos como de sistemas moleculares. El principal interés se centra en las propiedades y efectos asociados a la naturaleza cuántica de los núcleos atómicos. Los efectos físicos no triviales más importantes relacionados con estas propiedades son los debidos a la anarmonicidad de los potenciales interatómicos. Esta anarmonicidad influye en las vibraciones moleculares y fonones en sólidos, incluso a bajas temperaturas, así como en las propiedades estructurales (p.e., las distancias interatómicas y los parámetros de red en sólidos), termodinámicas (como la capacidad calorífica y el módulo de compresibilidad) y electrónicas (renormalización del gap). Una técnica especialmente adecuada para estudiar estos efectos se basa en una combinación de las integrales de camino de Feynman con simulaciones de Monte Carlo o dinámica molecular. Esto nos permite estudiar distintas propiedades a temperaturas finitas. Entre las aplicaciones más interesantes de este método hemos estudiado el efecto de las fluctuaciones cuánticas nucleares en propiedades estructurales y electrónicas de moléculas, así como en la difusión de impurezas ligeras en sólidos y en el diagrama de fase de sustancias puras.

1. R. Ramírez and C.P. Herrero, J. Chem. Phys. 129, 204502 (2008).
2. R. Ramírez, C.P. Herrero, E.R. Hernández, and M. Cardona, Phys. Rev. B 77, 045210 (2008).
3. C.P. Herrero, J. Phys.: Condens. Matter 20, 295230 (2008).
Proyectos: FIS2006-12117-C04-03

15. Transporte de carga y espín en puntos cuánticos
Análisis teórico del transporte electrónico y de espín a través de puntos cuánticos: Dentro de este tema se han abordado diferentes problemas, entre ellos, el efecto de la interacción hiperfina en el transporte electrónico a través de puntos cuánticos en el régimen de bloqueo de espín y el análisis de la polarización dinámica nuclear inducida por dicha interacción[1]. Se ha analizado también la dinámica de espines y la coherencia cuántica en dobles puntos cuánticos en presencia de campos magnéticos dc y ac (“ESR”). Se ha investigado el bloqueo de la corriente electrónica bien por bloqueo de espín, bien por efecto del campo magnético ac que atrapa los electrones (“Coherent Trapping”) [2]. En otro trabajo se analiza el ruido cuántico y el factor de Fano de carga y espín a través de estos sistemas en campos eléctricos y magnéticos dependientes del tiempo[3].

1. Role of Dynamic Nuclear Polarization on the transport through weakly coupled double quantum dots, Iñarrea J.; Platero G.,J. Phys. D: Appl. Phys. 41 195104 (2008).
2. Coherent spin rotations in open driven double quantum dots, Sánchez R., López-Monís C., Platero G., Phys. Rev. B, 77, 165312 (2008)
3. Spin correlations in spin blockade, Sánchez R.; Kohler S.; Platero G.,
New Journal of Physics 10, 115013 (2008).
Proyectos: MAT2005-00644:Transporte Electrónico de carga y espín en nanodispositivos semiconductores.

Artículos publicados en 2008

Como resumen de los 84 artículos publicados en 2008 resaltamos los 10 publicados en las revistas con mayor factor de impacto según el 'Science Citation Index'. Los artículos con el mismo factor de impacto se han ordenado por orden alfabético.

1. Conductance of p-n-p structures with ‘Air-Bridge’ top gates
Gorbachev, RV; Mayorov, AS; Savchenko, AK; Horsell, DW; Guinea, F
Nano Lett. 8, 1995-1999 (2008)

2. Fully valley-polarized electron beams in graphene
García-Pomar, JL; Cortijo, A; Nieto-Vesperinas, M
Phys. Rev. Lett. 100, 236801-4 (2008)

3. Hydrodynamics of nanoscopic capillary waves
Delgado-Buscalioni, R; Chacón, E; Tarazona, P
Phys. Rev. Lett. 101, 106102-4 (2008)

4. Interactions and magnetism in graphene boundary states
Wunsch, B; Stauber, T; Sols, F; Guinea, F
Phys. Rev. Lett. 101, 036803-4 (2008)

5. Intrinsic structure of hydrophobic surfaces: The oil-water interface
Bresme, F; Chacón, E; Tarazona, P; Tay, K
Phys. Rev. Lett. 101, 056102-4 (2008)

6. Localized states at zigzag edges of bilayer graphene
Castro, EV; Peres,NMR; dos Santos, JMBL; Castro,AH; Guinea,F
Phys. Rev. Lett. 100, 026802-4 (2008)

7. Low-density ferromagnetism in biased bilayer graphene
Castro, EV; Peres, NMR; Stauber, T; Silva, NAP
Phys. Rev. Lett. 100, 186803-4 (2008)

8. Periodically rippled graphene: Growth and spatially resolved electronic structure
de Parga, ALV; Calleja, F; Borca, B; Passeggi, MCG; Hinarejos, JJ; Guinea, F; Miranda, R
Phys. Rev. Lett. 100, 056807-4 (2008)

9. Pseudomagnetic Fields and Ballistic Transport in a Suspended Graphene Sheet
Fogler, MM; Guinea, F; Katsnelson, MI
Phys. Rev. Lett. 101, 226804-4 (2008)

10. Reply to Comment on ‘Periodically Rippled Graphene: Growth and Spatially Resolved Electronic Structure’
de Parga, ALV; Calleja, F; Borca, B; Passeggi, MCG; Hinarejos, JJ; Guinea, F; Miranda, R
Phys. Rev. Lett. 101, 099704-1 (2008)