Áreas de interés

Máquinas cuánticas de calor

F. J. Peña

El concepto de máquina cuántica de calor (QHEN, por sus siglas en inglés) fue introducido por Scovil & Schultz-Dubois y es de un enrome interés científico debido a que son una alternativa para convertir energía térmica en forma de trabajo útil. En términos generales, un QHEN puede ser representado como un sistema cuántico abierto en contacto con uno o más reservorios térmicos, con el que el sistema interactúa, intercambia energía e información. El interés del grupo radica en modelamientos de sistemas cuánticos relativistas poco explorados en la literatura, que abren paso a la generalización de modelos conocidos y resultados novedosos en termodinámica cuántica. También exploramos la optimización de la eficiencia y la potencia mediante los tratamientos de S. Abe y Esposito et al. Además, nuestra atención está puesta en el transporte electrónico en sistemas altamente correlacionados y en el estudio de la optimización de su número de mérito (ZT).

Propiedades físicas en TMDs

N. Cortés 

Después del aislamiento del grafeno en el año 2004, nuevos materiales 2D han sido aislados mediante diversos procesos experimentales. Dentro de los más estudiados teórica y experimentalmente se encuentran los dicalcogenuros de metales de transición (TMDs por sus siglas en inglés). TMDs son cristales formados por láminas hexagonales acopladas entre sí por interacciones débiles de van der Waals. Las propiedades físicas de estos cristales, tales como, electrónicas, ópticas, mecánicas, magnéticas, entre otras, dependen fuertemente del número de láminas que estos cristales contengan. Un tipo de TMDs más investigado en el último tiempo es el disulfuro de molibdeno (MoS2) debido a las interesantes propiedades físicas y químicas que posee. Una lámina de MoS2 es un semiconductor de band-gap directo en el rango del espectro visible, mientras que MoS2 en su forma bulk es un semiconductor de band gap indirecto. Lo anterior, es crucial para potenciales aplicaciones y creación de dispositivos electrónicos en la nanoescala. En este contexto, mediante las técnicas de cálculo de la teoría del funcional densidad (DFT) y la aproximación de enlace fuerte (tight binding), nuestros trabajos apuntan al estudio de las propiedades físicas para diferentes sistemas compuestos a base de TMDs.

Fermiones de Majorana

J. P. Ramos-Andrade

Una modificación a la ecuación de Dirac, realizada por E. Majorana, permite que esta tenga soluciones reales, prediciendo entonces la existencia de una partícula fermiónica que es su propia anti-partícula: Un fermión de Majorana (FM). No ha sido probada la existencia de un FM fundamental, sin embargo en el contexto de la materia condensada es posible tratar cierto tipo de excitaciones, cuasi-partículas, como FM. Estas aparecen en superconductores topológicos tipo p, son de zero energía, no poseen ni carga ni espín y satisfacen estadística no-Abeliana, lo que los hace candidatos ideales para implementación de computación cuántica. En sistemas unidimensionales, su aparición está predicha en los extremos de un nano cable constituido por un superconductor tipo s y un semiconductor que posea acoplamiento espín-órbita fuerte, sistema que puede ser teóricamente visto como una implementación de una cadena de Kitaev. Nuestra línea de investigación se enfoca a contribuir tanto en la detección como la manipulación de estos estados en los sistemas mencionados, a través del cálculo de cantidades de transporte como la conductancia.

Propiedades termoeléctricas en nanoestructuras

A. González

En física de materia condensada, los fenómenos de interferencia presentes en sistemas de baja dimensionalidad, como las nanoestructuras, han mostrado ser un mecanismo importante en el mejoramiento de las cantidades termoeléctricas en estos sistemas. En este escenario, estudiar cantidades como la eficiencia en la conversión de energía y la habilidad del sistema para crear una diferencia de potencial a partir de una diferencia de temperatura (y viceversa), es fundamental en el desarrollo de nanodispositivos. Nuestra línea de investigación se basa en la exploración de estas cantidades principalmente en puntos cuánticos acoplados a contactos metálicos, ferromagnéticos y superconductores. En estas estructuras la fórmula de Mott y la ley de Wiedemann-Franz no son estrictamente respetadas, conduciendo a la obtención de mejores cantidades termoeléctricas en estos sistemas. 

Propiedades de transporte en siliceno

C. Núñez

Cuando se tiene una distribución espacial hexagonal de los átomos de Silicio, estos pueden formar estructuras bi-dimensionales. Éstas dan lugar a una red completamente nueva, con propiedades muy distintas al Silicio en su estado extendido, llamada Siliceno. En particular, estudiamos nano-cintas de siliceno con bordes tipo armchair. En este tipo de sistemas, los electrones se encuentran confinados a moverse cuasi uni-dimensionalmente por el material, dependiendo fuertemente de las condiciones de borde. Al igual que otros sistemas bi-dimensionales, las características metálicas o semi-conductoras depende del tamaño de la nano-cinta y/o de campos externos aplicados. Los modelos son descritos mediante un Hamiltoniano de enlace fuerte considerando un solo orbital tipo π, a partir del cual se calculan las propiedades de transporte usando el método de las funciones de Green. Nuestros trabajos están dirigidos a estudiar el comportamiento y utilidades que presenta el siliceno ante fenómenos de transporte, pensando en utilización práctica de este material.

Efecto Kondo

G. Gómez-Silva

La interacción electrónica en sistemas nanoestructurados juega un papel fundamental en las propiedades de transporte de carga y energía, lo que da origen a fenómenos como el bloqueo de Coulomb y el efecto Kondo. Este último corresponde a la aparición de un estado muy angosto en la energía de Fermi. Dependiendo de la geometría de estos sistemas, sumado a otros efectos que surgen de baja dimensionalidad como la coherencia y la interferencia cuántica, es posible crear dispositivos como filtros de espín, puertas lógicas para el almacenamiento de información o dispositivos de conversión de energía termoeléctrica de alta eficiencia. Dependiendo de los parámetros que definen el sistema, la interacción electrónica puede ser abordada usando diferentes aproximaciones. En este contexto, usamos la aproximación de Hubbard para el régimen de bloqueo de Coulomb y la aproximación de Bosones Esclavos para el régimen Kondo. Nuestro objetivo es estudiar el transporte electrónico y las propiedades termoeléctricas de sistemas compuestos principalmente por arreglos de puntos cuánticos en presencia de efectos de interacción.