Conferencias

Bombeo cuántico de calor en sistemas electrónicos y nanomecánicos

Los bombeadores cuánticos son dispositivos electrónicos en los que se consigue transporte neto de carga sin la aplicación de una diferencia de potencial explícita. Esto se consigue perturbando localmente un sistema mesoscópico con potenciales dependientes del tiempo de manera periódica. En [1] mostramos que dicho mecanismo puede ser también utilizado para bombear calor y conseguir refrigeración a pequeña escala. Más recientemente [2], mostramos que es posible implementar un mecanismo similar en sistemas nanomecánicos, en los que el bombeo se consigue mediante el transporte de fonones. En esta charla discutiré estos mecanismos.

1. L. Arrachea, M. Moskalets and L. Martin-Moreno, Phys. Rev. B 75, 245420 [2007]
2. C. Chamon, E. Mucciolo, L. Arrachea and R. Capaz, Phys. Rev. Lett. 106, 135504 [2011]

Liliana Arrachea

Dinámica oscilatoria, interacciones competitivas y muchos grados de libertad

Experimentos recientes en suspensiones coloidales sometidas a esfuerzos de corte periódicos [1] parecen indicar que hay una transición de fase dinámica entre estados reversibles e irreversibles. Esta auto-organización dinámica pude observarse en una clase amplia de sistemas fuera del equilibrio, como por ejemplo, partículas con interacciones repulsivas conformando sistemas elásticos forzados en un sustrato con desorden al azar. Realizaciones de éstas incluyen cristales de Wigner, ondas de densidad de carga, arreglos de burbujas magnéticas y también vórtices superconductores. Estos últimos constituyen un sistema modelo para estudiar la gran diversidad de fenómenos que ocurren cuando hay interacciones competitivas y muchos grados de libertad. Describiré lo que hemos aprendido de la dinámica oscilatoria de la red de vórtices en superconductores tipo II arquetípicos de baja [2] y alta temperatura crítica [3], particularmente cerca del desanclaje plástico de la red y de la transición de orden desorden, mediante experimentos globales y simulaciones numéricas. Entre los aspectos mas notables me referiré a efectos de memoria, metaestabilidad marcada por la frecuencia de la excitación, estados fluctuantes, etc.

[1] L. Corté, P. M. Gollub and D. J. Pine, Nature Phys. 4, 420 (2008).
[2] G. Pasquini et al., Phys. Rev. Lett. 100, 247003 (2008), D. Pérez Daroca et al., Phys. Rev. B
81, 184520 (2010), D. Pérez Daroca et al., Phys. Rev. B (2011) en prensa
[3] S. O. Valenzuela et al. Phys Rev Lett. 86, 504 (2002), ibid 84, 4200 (2001) ; G. Pasquini et al.
Phys. Rev. B 71, 14510 (2005) ; G. Pasquini et al. Supercond. Sci. Technol. 19 671, (2006)

Victoria Bekeris

Silicio poroso nanoestructurado, caracteristicas y aplicaciones

El silicio poroso (SP) nanoestructurado se prepara por anodizado electroquímico de silicio monocristalino usando un electrolito que contiene flúor. Normalmente se utiliza una solución acuosa de ácido fluorhídrico mezclada con alcohol etílico. Si el anodizado se produce en condiciones adecuadas la estructura resultante es porosa. En particular, se pueden obtener estructuras conformadas por una red de nanocristales aciculares que se entrelazan en una red tipo esponja, y que presentan efectos de confinamiento cuántico. Los átomos de silicio conservan las posiciones del cristal original de partida. El SP posee propiedades interesantes como semiconductor y como cristal fotónico: tanto el gap como las constantes ópticas pueden modelarse a través de las condiciones de preparación, permitiendo la fabricación de dispositivos electrónicos y fotónicos. Posee una gran superficie, que puede funcionalizarse con propósitos específicos. Además, es un material biocompatible. Todas estas propiedades pueden converger en un gran número de aplicaciones. En la charla se presentarán las características más sobresalientes de estas estructuras porosas y algunas de las aplicaciones a las que ha dado lugar.

Dr. Raúl Urteaga

Cómo mejorar las propiedades magnéticas de las hexaferritas. ¿Es posible competir con imanes de tierras raras?

Resumen

No deja de sorprender el gran incremento en el producto energía (BH)max que se ha conseguido en imanes permanentes a partir del desarrollo de los primeros imanes de SmCo (25 MGOe) en la década del ́70 hasta los actuales imanes de Nd-Fe-B (55 MGOe), muy requeridos en aplicaciones como discos duros, parlantes/auriculares, dínamos, componentes de motores en dispositivos inalámbricos, y otras.

En los últimos años, la producción y exportación de tierras raras (TR) ha provenido casi exclusivamente de China, quien provee más del 90% de la demanda global de estos elementos. Sin embargo, recientemente, los chinos han impuesto medidas regulatorias en la minería, manufactura, procesamiento y exportación de TR, limitando tanto exportaciones como provisiones a industrias locales. Esta política ha hecho resurgir el interés por materiales magnéticos duros alternativos, sobre todo en los países occidentales.

Las ferritas hexagonales o hexaferritas son óxidos con propiedades magnéticas duras, aptas para su uso como imanes permanentes, aunque con menores prestaciones que los imanes de TR. Fueron descubiertas en los laboratorios de Philips en la década del ’50 y desde entonces han sido muy estudiadas. Distintos autores han reportado trabajos en los que tanto la magnetización de saturación como la anisotropía magnetocristalina de finas partículas de ferritas hexagonales aumentan con la sustitución de tierras raras (TR). Sin embargo, la solubilidad de estos iones en la estructura cristalina de estos materiales es muy baja, además de conllevar la formación de fases secundarias que son indeseables si se desea obtener imanes permanentes con propiedades óptimas.

Como las principales fases segregadas son hematita y distintos compuestos de hierro cuando se incrementa la sustitución en las hexaferritas, en distintos trabajos hemos propuesto una formulación no-estequiométrica, deficiente en hierro.

En esta charla exploraremos los resultados obtenidos en muestras no-estequiométricas de hexaferrita de estroncio dopadas con Nd-Co, preparadas por el método de autocombustión. Veremos que las muestras con menor contenido de hierro presentan los mayores valores de magnetización y coercitividad, indicando que los mejores resultados para aplicaciones de esta ferrita se obtendrán con una deficiencia de hierro en la formulación estequiométrica y la adición de Nd-Co en cantidades sustitucionales.

Paula Bercoff

Fluctuación térmica y crossover dimensional en cintas de grafeno corrugadas

Estudiamos teóricamente las ondulaciones activadas termicamente en cintas de grafeno. Encontramos un cambio de comportamiento cuando el ancho de la cinta se achica, desde un comportamiento tipo 2D a uno tipo 1D. Mediante un estudio combinado por simulación de Monte Carlo(MC) con un potencial casi-armónico y cálculos analíticos, encontramos que la función de correlación entre las normales a la superficie no cambia el exponente de la ley de potencias válido a largas distancias. Sin embargo la dependencia con el tamaño del cuadrado del desplazamiento por afuera del plano (⟨h2⟩) cambia al ir desde una lámina a una cinta. Mostramos que aparece una nueva ley de escala que refleja un verdadero comportamiento unidimensional, y estimamos que la relación entre las dimensiones laterales donde se produce el cambio es R2D↔1D ≈ 1.609. Concluimos que las cintas deben presentar corrugaciones más importantes que las láminas y discutimos su posible influencia sobre las propiedades electrónicas de cintas de grafeno suspendidas.

Ariel Dobry

Reversión de la magnetización en nanohilos y nanotubos magnéticos

A medida que las técnicas de fabricación permiten llevar las dimensiones de las estructuras a la nanoescala, la comprensión de los procesos de magnetización de estas
nanoestructuras se hace cada vez más importante tanto desde un punto de vista teórico como aplicado.

La magnetización de elementos suficientemente grandes está definida por dominios separados por paredes de dominio. Mediciones sobre nanoestructuras magnéticas pseudo-unidimensionales [1] destacan la importancia de la nucleación y propagación de una pared de dominio entre dominios magnéticos opuestos durante el proceso de reversión de la magnetización. Tres modos ideales de reversión de la magnetización han sido identificados y ocurren dependiendo de la geometría de las partículas. [2,3] Estos mecanismos son conocidos como rotación coherente, C, con todos los momentos magnéticos rotando simultáneamente; pared de vórtice, V, donde los momentos
magnéticos invierten su magnetización progresivamente vía la propagación de una pared de dominio tipo vórtice; y pared transversal, T, donde los momentos magnéticos
revierten su magnetización progresivamente vía la propagación de una pared de dominio tipo transversal.

Mediante un modelo continuo hemos modelado el proceso de reversión de la magnetización [4,5] pudiendo así entender efectos de tamaño que son observados experimentalmente (por ejemplo, el grosor los nanotubos magnéticos tiene una influencia no-monotónica sobre su campo coercitivo) e interpretarlos como el resultado
de una transición entre distintos modos de reversión de la magnetización. Además, esta transición también fue observada cuando aplicamos el campo magnético externo en un ángulo con respecto al eje del nanotubo. [6]

Así, en esta presentación presentaremos un modelo analítico que nos permite investigar la nucleación y propagación de una pared de dominio a lo largo de un nanohilo o
nanotubo como función de su geometría. Demostramos además que las interacciones magnetostáticas entre los hilos o tubos son responsables de una disminución de la
coercividad [7].

JE agradece al Proyecto Fondecyt 1110784, al Núcleo Milenio Magnetismo Básico y Aplicado P10-061F, y al Financiamiento Basal para Centros Científicos y Tecnológicos de Excelencia.

[1] Wernsdorfer W, Doublin B, Mailly D, Hasselbach K, Benoit A, Meier J, Ansermet J –Ph and Barbara B 1996 Phys. Rev. Lett. 77, 1873.
[2] Hertel R 2002 J. Magn. Magn. Mater 249, 251.
[3] Landeros P, Allende S, Escrig J, Salcedo E, Altbir D and Vogel E E 2007 Appl. Phys. Lett. 90, 102501.
[4] J Escrig, J Bachmann, J Jing, M Daub, D Altbir, and K Nielsch 2008 Phys. Rev. B 77, 214421.
[5] J Bachmann, J Escrig, K Pitzschel, J M Monter Moreno, J Jing, D Gorlitz, D Altbir, and K Nielsch 2009 J. Appl. Phys. 105, 07B521.
[6] O Albrecht, R Zierold, S Allende, J Escrig, C Patzig, B Rauschenbach, K Nielsch, and D. Gorlitz 2011 J. Appl. Phys. 109, 093910.
[7] J Escrig, S Allende, D Altbir, and M Bahiana 2008 Appl. Phys. Lett. 93, 023101.

Juan Escrig

Surface and finite size effects in magnetic nanoparticles are the subject of growing interest in nanoscience both from academic as well as technological point of view. In spite of a large number of investigations, there are still many open questions about the surface and interparticle interactions influence on the internal magnetic order in nanoparticles. In this presentation, this topic will be discussed considering two novel systems consisting of Ni-oxide and Ag@TMFe2O4 (TM = Fe, Co) dimer NPs, prepared by means of alternative synthesis methods. In the first system, three samples of naturally mixed Ni (>100 nm) and NiO (~ 10 nm) were prepared using thermal decomposition of metal precursor in a high boiling point organic solvent with different particle diameters/distributions and concentration of metallic Ni. Exchange bias effect has been observed, and it strongly depends upon both particle diameters and concentration of metallic Ni, achieving the highest value (~2.2 kOe at 5 K) for the pure NiO, while the corresponding value for the sample with maximum concentration of Ni is ~ 0.07 kOe. In the second system, Ag@Fe3O4 and Ag@CoFe2O4 dimer NPs were prepared by a two step process using Ag seeds of size ~ 13.5 nm and it is found that the thermal stabilization of dimer NPs is enhanced, when compared to Fe3O4 and CoFe2O4 nanoparticles. The results are discussed taking into account the role of surface effects and interparticle dipolar interactions on the macroscopic magnetic properties of the nanoparticles.

M. Knobel, S. K. Sharma, F. Béron and K. R Pirota

Ferroelectricidad toroidal: un nuevo ordenamiento de los materiales ferroeléctricos en la nanoescala

Estudios realizados sobre efectos de tamaño en partículas ultrafinas de óxidos ferroeléctricos han sugerido fuertemente la presencia de un tamaño crítico, que se estima del orden de varias decenas de nanómetros, por debajo del cual el estado ferroeléctrico se torna inestable. Este comportamiento indicaría que los ferroeléctricos no son útiles por debajo de esa dimensión crítica, limitando su importancia en futuras tecnologías. Las nanoestructuras ferroeléctricas también son atractivas desde un punto de vista fundamental, ya que se han puesto de manifiesto características novedosas intrínsecas al tamaño nanométrico, tal como la predicción de estados de vórtices de polarización en nanoestructuras. Los materiales ferroeléctricos en general forman estructuras de dominios para reducir la energía del campo de depolarización. En los sistemas muy pequeños, sin embargo, la formación de las paredes de dominio no es energéticamente favorable, y se ha encontrado que la polarización rota formando un estado de vórtice.

En este trabajo realizamos investigaciones tendientes a determinar el tamaño crítico para la aparición de ferroelectricidad en nanoceldas de PbTiO3 utilizando un modelo atomístico basado en cálculos ab-initio. Los resultados indican que el estado ferroeléctrico puede ser estabilizado en nanopartículas de unas pocas constantes de red de dimensión, siendo la relación de aspecto de la nanoestructura el parámetro clave para la estabilización del estado polar. Mostramos además que la ferroelectricidad en la nanoescala se genera a partir de un ordenamiento geométrico novedoso, el cual involucra transformaciones topológicas que producen el alineamiento de vórtices de polarización formando una especie de doughnut (rosquilla), la cual concentra la región ferroeléctrica  en su centro. A esta característica la bautizamos con el nombre de ferroelectricidad toroidal.

Marcelo G. Stachiotti y Marcelo Sepliarsky

In the last 10 years several reports speculated on the existence of high-temperature superconductivity in graphite. These speculations are based on the experimental observation of, for example, strong anisotropic superconducting-like magnetization loops in oriented graphite, low-field anomalous hysteresis in the magnetoresistance of micrometer small samples, magnetic-field driven metal-insulator-like transition, quantum oscillations in the magnetoresistance and field driven step-like changes in the resistance measured near internal interfaces. Taking into account the internal microstructure of the usually measured samples, it appears plausible that superconducting domains are located at internal interfaces between crystalline regions inside oriented graphite samples. In my talk I will shortly review the reported hints, discuss recently published studies on the influence of interfaces in the resistivity of graphite as well as evidence for superconductivity at interfaces found in other semiconductors. I will present new studies on specially prepared graphite samples that provide evidence for the existence of Josephson-coupled quasi-two dimensional superconducting regions located at internal interfaces, with critical temperatures above 150K. The whole spectrum of measurements indicates that oriented graphite is a system with metallic-like interfaces, containing non-percolative superconducting domains immersed in a semiconducting graphene-based matrix.

Pablo Esquinazi

Condiciones de contorno amorfas: una herramienta para el estudio de sistemas desordenados

Las condiciones de contorno amorfas consisten en estudiar un sistema en condiciones de confinamiento tales que el potencial confinante esta dado por particulas del propio sistema, artificialmente congeladas en posiciones de equilibrio. En los últimos años este esquema se ha revelado como una herramienta conceptual y numérica muy útil para el estudio de líquidos sobreenfriados, permitiendo entre otras cosas determinar una longitud de correlación estática imposible de detectar de otra manera. En esta charla discutiremos la definición teórica así como la implementación numérica de las condiciones de contorno amorfas y reseñaremos los principales resultados obtenidos úlitmamente.

Prof. Tomás S. Grigera

Interplay between quantum interference and Kondo effects in non-equilibrium transport through nanoscopic systems

We calculate the finite temperature and non-equilibrium electric current through systems described generically at low energy by a singlet and two spin doublets for N and N ± 1 electrons respectively, coupled asymmetrically to two conducting leads, which allows for destructive interference in the conductance. The model is suitable for studying transport in a great variety of systems such us aromatic molecules, different geometries of quantum dots and rings with applied magnetic flux. As a consequence of the interplay between interference and Kondo effect, we find changes by several orders of magnitude in the values of the conductance and its temperature dependence as the doublet level splitting is changed by some external parameter. The differential conductance at finite bias is negative for some parameters.

P. Roura-Bas, L. Tosi, A. A. Aligia, and K. Hallberg

Inestabilidades del líquido de Landau-Fermi

Presentamos un metodo para detectar inestabilidades de un liquido de Landau-Fermi aplicable a sistemas bidimensionales en redes arbitrarias. Este metodo puede ser utilizado para el estudio de sistemas con grados de libertad internos como el espin, numero de bandas, etc. Permite ademas estudiar las inestabilidades en funcion de la temperatura y caracterizar asi el diagrama de fases. Esta tecnica es particularmente efectiva para el estudio de modelos microscopicos realistas, relevantes en la descripcion de la transiciones de un liquido de Fermi a una fase nematica, como las observadas en cupratos, rutenatos, etc.

Daniel Cabra

Magnetostricción gigante y correlaciones magnéticas en Gd2/3Ca1/3MnO3

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Víctor Correa