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Juan Carlos GilFrancis VillatoroHéctor SocasMaría RibesGastón Giribetbicapa de grafeno superpuestaángulo entre capas de grafenodiferencia de potencial contacto grafenoexcitación bicapa de grafenografeno y potencial eléctricobicapas de grafeno inducen electronespolarización induce cuasipartículas electróngrafeno polarizaciones opuestasbicapa propagación huecos electronesefecto hall cuántico campos magnéticoshojas de grafeno efectos cuánticospelículas hall siglo xixefecto hall cuántico fraccionario grafenoescitones cuasipartículas efecto hallgeometría de corvino efecto colcuánticosiglo XIXefecto Hall cuánticogeometría de CorvinoFrancis Villatoroefecto Hall fraccionarioefecto Hall cuántico fraccionarioefecto HallPremio NobelNatureHéctor Socasconstante de PlanckLorentzHall
Efecto Hall fraccionario grafeno
Con
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Francis Villatoro explica cómo se pueden utilizar hojas de grafeno para observar efectos cuánticos, haciendo referencia a experimentos realizados a finales del siglo XIX y mencionando una estructura llamada geometría de Corvino.
…estado ligado entre una cosa de partícula que se encuentra en la banda de conducción y una cosa de partícula que se encuentra en la banda de valencia. Los escitones se han observado en muchos materiales, pero hay un material en el que ahora está muy de moda. ¿Qué son las bicapas? Por ejemplo, la bicapa de grafeno. Yo tengo dos capas de grafeno, una encima de la otra; hay diferentes, puedo variar el ángulo entre ellas, pero puedo tener; yo puedo excitar, puedo poner una diferencia de potencial con contactos en una de las capas y una diferencia de potencial con dos contactos en la otra capa. Yo puedo Excitar de forma independiente ambas capas. Cuando yo pongo un potencial eléctrico, una distancia de potencial eléctrico en una capa de grafeno, lo que yo hago es introducir, digamoslo así, electrones, portadores; introduzco partículas. Yo puedo introducir, si pongo una polarización, cuasipartículas tipo electrón, pero si pongo la polarización opuesta en la otra capa, cuasipartículas tipo hueco. es decir, yo puedo excitar estados tipo electrón en una capa y estados tipo hueco en la otra con lo que yo espero que haya escitones ciertas cuasipartículas en una capa se acoplan de manera colombiana con las otras cuasipartículas en la otra capa y yo tengo huecos y electrones ligados a lo largo de, que se propagan a lo largo de esa bicapa Eso es una cosa que se ha observado muchas veces y observacionalmente es algo muy firme Las hojas de grafeno a baja temperatura y sometidas a campos magnéticos fuertes, intensos, transversales también permiten observar el efecto Hall cuántico Yo puedo construir con Grafeno, estas cintas análogas a las que usó con películas Hall a finales del siglo XIX, pero básicamente con una hoja, un trozo adocadamente recortado de hoja de grafeno. Entonces yo puedo ver estados tanto de efecto Hall cuántico entero como de estados de Hall cuántico fraccionario. Entonces lo que nos han planteado estos investigadores es tratar de observar la posibilidad de escitones entre las cuasipartículas asociadas al efecto Hall cuántico fraccionario en esa bicapa de grafeno; para observarlas, han tomado una estructura que es una estructura clásica para observar el efecto colcuántico, que es lo que llaman la geometría de Corvino. Básicamente es un disco al que yo le quito, imaginaros, pues un aro, un aro, un aro, ¿cómo se dice? Bueno, imaginaros un disco al que yo le pongo un agujero central circular. Entonces, un agujero central circular, de tal manera que yo puedo poner un contacto…
Significado #3 · Palabras #1
Francis Villatoro recuerda que el efecto Hall cuántico fraccionario fue reconocido con el Premio Nobel en 1998 por trabajos experimentales realizados a principios de los años 80.
Habla: Francis VillatoroSignificado #18 · Palabras #6cuasipartículas con carga fraccionariaartículo nature sobre hall cuántico fraccionarioexcitones efecto hall cuántico fraccionariopremio nobel efecto hall cuánticoefecto hall cuántico años 80escitones efecto hall cuántico…de clausura? Sí, tengo aquí las jarras preparadas Tengo hula hops y jarras y todas las dos cosas juntas Pues muchas gracias por este rato que lo he pasado muy bien, ha sido muy interesante lo que me habéis explicado Un beso a todos Gracias Gracias, chao Muy bien, pues vamos con el siguiente tema, que realmente es un tema que se nos había quedado de la semana pasada y que, porque no nos dio tiempo de terminarlo, que son estas cuasipartículas, ¿no, Francis? Que pueden tener carga fraccionaria, porque claro, con las cuasipartículas puede pasar cualquier cosa que uno resulta chocante de las partículas reales, ¿no? Puede pasar cuasicosa cualquier cosa. Correcto. Bueno, en principio, esto es un artículo que se ha publicado en la revista Nature que se llama Excitones in the Fractional Quantum Hall Effect: son excitones en el efecto Hall cuántico fraccionario; es una idea que lleva ya propuesta de hace muchos años. Hay que recordar que el efecto Hall cuántico fraccionario ya recibió el premio Nobel, fue como en el 98, por trabajos realizados a nivel experimental a principios de los 80, 82, 83, etc. Los teóricos, justo después de que se observara este efecto, ahora contaré lo que es el efecto, ya propusieron la posibilidad de que hubiera escitones utilizando este efecto, es un. Artículo muy famoso de Loughlin, de Robert Loughlin, que fue uno de los galardonados con el premio Nobel que se lleva tratando de observar a nivel experimental desde principios de los 80, desde 1984. Y se publica ahora en enero, o sea, se acaba de publicar el…
Francis Villatoro explica el origen del efecto Hall, mencionando que fue descubierto a finales del siglo XIX.
Habla: Francis VillatoroSignificado #19 · Palabras #5efecto hall descubierto siglo xixcinta conductora diferencia potencialcorriente flujo longitudinalfuerza de lorentz en electronesefecto hall en cinta conductoratrayectorias circulares electrones campo magnéticohall observa conducción transversal…que realmente las observaciones son firmes, ¿no? Porque este tipo de temas tan, digamos, en la frontera, pues a veces se publican cuando la evidencia no convence a todo el mundo; hay que esperar a ver si realmente hay un consenso en la comunidad. ¿Qué es esto del efecto Hall, el efecto Hall cuántico y el efecto Hall cuántico fraccionario? El efecto Hall es una cosa que se descubrió a finales del siglo XIX; yo creo que lo hemos contado ya alguna vez. Cuando tienes una cinta conductora y tú pones una diferencia de potencial en los dos extremos de la cinta, a nivel longitudinal, estás introduciendo una corriente; estás metiendo un flujo. De electrones, ¿qué pasa cuando tú eso lo sometes a un campo magnético? Cuando tú sometes a un campo magnético esa cinta conductora, los electrones reciben una fuerza de tipo ciclotrón, reciben la fuerza de Lorentz y hace que los electrones tiendan a seguir trayectorias circulares. Eso genera, en la dirección transversal a la cinta, genera una conducción eléctrica, que es el efecto Hall. Eso lo observó Hall y bueno, es un efecto que ya a finales del siglo XX se observó que estaba cuantizado. Que estaba cuantizado significa que cuando yo hago esto de meter un campo magnético muy intenso sobre una cinta conductora, cuando la enfrío a temperaturas criogénicas, la conductancia, es decir, el inverso de la resistencia, la conductancia que crece por ese…
Francis Villatoro explica cómo los estados cuánticos observados en materiales bidimensionales, como el grafeno, aún carecen de una teoría física completa.
Habla: Francis VillatoroSignificado #6 · Palabras #9efecto hall cuántico enteroconductancia mínima carga eléctrica planckescalones conductancia valores enterosfrancis villatoro conductividad transversalefecto hall cuántico fraccionariocampo magnético intenso temperatura bajapremio nobel efecto hall cuánticoescalones conductividad campo magnéticografeno estados cuánticoscuasipartículas carga fraccionariapelículas delgadas principios ochentateoría efectiva materiales bidimensionales…onda tiene estados digamos cuantizados. Puedes dar una vuelta, puedes dar dos, puedes dar tres, tienes una sucesión de estados separados por un cierto salto. Eso se observa en la conductancia. Cuando tú miras la conductancia en esa dirección transversal, lo que tú observas es que la conductancia va pegando como saltos, va pegando como escalones, es una especie de escalones y la distancia entre esos escalones es una distancia fundamental. Hay como una conductancia mínima, hay un estado cuantizado mínimo que tiene la conductancia de la carga eléctrica al cuadrado partido de la constante de Planck. y entonces tú vas teniendo escalones con diferentes valores enteros de ese número. Una vez ese número, dos veces, tres veces, cuatro veces y obtienes una especie de escalones en la conductancia. Esto es una cosa que es el efecto Hall cuántico, hoy en día se llama entero. es que en esos materiales enfriados a muy baja temperatura, cuando el campo magnético es suficientemente intenso, el campo magnético es transversal a esta cinta, resulta que aparecen también escalones que no deberían existir. son escalones que el salto es fraccionario pero fracciones de tipo 1 tercio, 2 quintos, 3 séptimos, eso por un lado y para otros niveles de campo magnético de tipo 2 tercios, 3 quintos, 4 séptimos Esto fue lo que se bautizó como el efecto Hall cuántico fraccionario, se descubrió a nivel experimental como alrededor del año 83 y ya os digo, acabó recibiendo el premio Nobel ¿Cómo entendemos estos estados aparentemente de carga fraccionaria en la ¿Conducción en un medio material? Esto aparece en medios materiales aproximadamente bidimensionales. A principios de los 80 se trabajó con películas muy delgadas, hoy en día lo hemos observado en materiales bidimensionales, por ejemplo en el grafeno y estos estados hoy en día son estados que se observan, pero no tenemos todavía una muy buena teoría física que explique estos estados. Tenemos una teoría de carácter efectivo que nos dice que las cuasipartículas en el material se comportan como partículas con carga fraccionaria lo que en un material 2D significa que se comportan como alones. Luego este artículo conecta con el que contamos la semana pasada, que habíamos hablado de parapartículas. Las partículas en 3D son fermiones o bosones. La semana pasada contamos que se ha propuesto y se ha publicado en Hecho que también podrían ser parapartículas, pero en 2D tenemos un continuo de estados entre Fermi y un bosón que son esos estados alónicos. Pues…
Francis Villatoro explica cómo se pueden utilizar hojas de grafeno para observar efectos cuánticos, haciendo referencia a experimentos realizados a finales del siglo XIX y mencionando una estructura llamada geometría de Corvino.
Habla: Francis VillatoroSignificado #3 · Palabras #1bicapa de grafeno superpuestaángulo entre capas de grafenodiferencia de potencial contacto grafenoexcitación bicapa de grafenografeno y potencial eléctricobicapas de grafeno inducen electronespolarización induce cuasipartículas electróngrafeno polarizaciones opuestasbicapa propagación huecos electronesefecto hall cuántico campos magnéticoshojas de grafeno efectos cuánticospelículas hall siglo xixefecto hall cuántico fraccionario grafenoescitones cuasipartículas efecto hallgeometría de corvino efecto colcuántico…estado ligado entre una cosa de partícula que se encuentra en la banda de conducción y una cosa de partícula que se encuentra en la banda de valencia. Los escitones se han observado en muchos materiales, pero hay un material en el que ahora está muy de moda. ¿Qué son las bicapas? Por ejemplo, la bicapa de grafeno. Yo tengo dos capas de grafeno, una encima de la otra; hay diferentes, puedo variar el ángulo entre ellas, pero puedo tener; yo puedo excitar, puedo poner una diferencia de potencial con contactos en una de las capas y una diferencia de potencial con dos contactos en la otra capa. Yo puedo Excitar de forma independiente ambas capas. Cuando yo pongo un potencial eléctrico, una distancia de potencial eléctrico en una capa de grafeno, lo que yo hago es introducir, digamoslo así, electrones, portadores; introduzco partículas. Yo puedo introducir, si pongo una polarización, cuasipartículas tipo electrón, pero si pongo la polarización opuesta en la otra capa, cuasipartículas tipo hueco. es decir, yo puedo excitar estados tipo electrón en una capa y estados tipo hueco en la otra con lo que yo espero que haya escitones ciertas cuasipartículas en una capa se acoplan de manera colombiana con las otras cuasipartículas en la otra capa y yo tengo huecos y electrones ligados a lo largo de, que se propagan a lo largo de esa bicapa Eso es una cosa que se ha observado muchas veces y observacionalmente es algo muy firme Las hojas de grafeno a baja temperatura y sometidas a campos magnéticos fuertes, intensos, transversales también permiten observar el efecto Hall cuántico Yo puedo construir con Grafeno, estas cintas análogas a las que usó con películas Hall a finales del siglo XIX, pero básicamente con una hoja, un trozo adocadamente recortado de hoja de grafeno. Entonces yo puedo ver estados tanto de efecto Hall cuántico entero como de estados de Hall cuántico fraccionario. Entonces lo que nos han planteado estos investigadores es tratar de observar la posibilidad de escitones entre las cuasipartículas asociadas al efecto Hall cuántico fraccionario en esa bicapa de grafeno; para observarlas, han tomado una estructura que es una estructura clásica para observar el efecto colcuántico, que es lo que llaman la geometría de Corvino. Básicamente es un disco al que yo le quito, imaginaros, pues un aro, un aro, un aro, ¿cómo se dice? Bueno, imaginaros un disco al que yo le pongo un agujero central circular. Entonces, un agujero central circular, de tal manera que yo puedo poner un contacto…
Francis Villatoro explica cómo se puede crear una estructura bicapa de grafeno con una geometría específica para observar el efecto Hall fraccionario.
Habla: Francis VillatoroSignificado #1 · Palabras #2efecto hall con cinta cerradadiferencia potencial longitudinal transversalexperimento efecto hall de francis villatoroefecto hall en disco centraldiferencia potencial borde interior exteriorobservación radial efecto halldirección cerrada disco hallefecto hall fraccionario grafenoestructura bicapa geometría corvinodiferencia potencial capas grafenoefecto hall cuántico fraccionario grafenoconductividad función factor dellenadodiferencia potencial portadores materialpolaridades opuestas capas bicapaestados superconductores superconductor convencionaldopar grafeno químicamente sintetizado…Bueno, imaginaros un disco al que yo le pongo un agujero central circular. Entonces, un agujero central circular, de tal manera que yo puedo poner un contacto metálico en todo el borde interior y otro contacto metálico en todo el borde exterior. Entonces la Diferencia de potencial longitudinal ahora es transversal; en el efecto Hall lo típico es que tengo una cinta y yo pongo una diferencia de potencial en los extremos de la cinta y en la dirección transversal, que es la más cortita, es donde yo veo el efecto Hall. Aquí se hace al contrario, la cinta, digamos, se ha cerrado en Forma de un disco con un agujero central y yo pongo la diferencia de potencial entre el borde interior y el borde exterior con lo que el efecto Hall se observa en la dirección radial, digamos, en la dirección a lo largo del sentido de ese disco. Claro, es una dirección cerrada. No tiene bordes, y eso hace que sea mucho más fácil ver el efecto Hall fraccionario. Bueno, pues aquí se ha hecho eso con grafeno; yo puedo construir con grafeno una estructura bicapa en la que tengo esa geometría de Corvino: ese disco con un agujero circular central en una de las capas y en la otra capa. Y puedo, con contactos, introducir una diferencia de potencial entre una capa y su borde y en la otra capa y su borde. De tal manera que con una diferencia de potencial de polaridades opuestas, en una capa estoy excitando electrones y en otra estoy excitando huecos. entonces puedo observar el efecto Hall cuántico fraccionario en ambas capas y eso es lo que demuestran en ese artículo observacionalmente son unas figuras que se ve la conductividad en función del factor de dellenado el factor de dellenado es el número de portadores que yo he introducido en el material que depende de la diferencia potencial que yo aplico la ventaja del Grafeno es que cuando, por ejemplo, hablamos del grafeno bicapa rotado con ángulo mágico, hablamos de estados superconductores en un superconductor convencional. Yo tengo que dopar y para dopar tengo que químicamente sintetizar el material con diferentes fracciones de dopaje pero en el grafeno bicapa rotado con ángulo mágico yo Para dopar lo único que pasa es cambiar la diferencia potencial; es con un potenciómetro voy variando el número de portadores que yo meto o saco pues aquí se hace exactamente lo mismo. Yo meto, varío, digamos, la fracción de llenado, el número de portadores…
Francis Villatoro describe un experimento donde se observan estados excitón al controlar las fracciones de llenado en capas de grafeno bicapa.
Habla: Francis VillatoroSignificado #5 · Palabras #4estados excitón grafeno bicapafracciones llenado capas grafenoconductividad cero efecto hall…de manera independiente con las dos capas, muy juntitas; y como están muy juntitas, la diferencia es de menos de, no recuerdo el número, pero es de orden de 0,4 nanómetros o menos, algo así, de ese orden; o sea, pueden aparecer estados de tipo excitón. Lo que han observado en este experimento es que sí aparecen cuando yo voy controlando, repito, las fracciones de llenado en ambas capas de manera independiente; yo puedo ir recorriendo los diferentes estados de, digamos, carga efectiva fraccionaria del efecto Hall cuántico fraccionario, que eso se observa en la conductividad. Aparecen una serie de puntos en los que la conductividad se va aparentemente a cero; es decir, la resistencia se va aparentemente a infinito. Yo digo que hay instrumentos de medida que te acortan y no llegas exactamente a cero, llegas a un valor muy pequeño. Pero se observan una serie de bandas en las que la conductividad va a cero y se ve que corresponden a factores de llenado fraccionarios que…
Francis Villatoro explica que la discrepancia entre los resultados experimentales y teóricos se debe a que la diferencia de cargas corresponde a un valor fraccionario, sugiriendo la formación de un excitón compuesto por dos cuasipartículas con diferentes fracciones de carga.
Habla: Francis VillatoroPalabras #20excitón compuesto por cuasipartículasdiferencia de cargas valor fraccionariocuasipartícula carga fraccionaria villatoro…casos se observa que aparece una estadística en el transporte; las curvas de transporte tienen un comportamiento que parece indicar que está propagándose algo que debería ser un excitón, pero que a mí los números no me salen. ¿Por qué los números no me salen? Porque la diferencia de cargas corresponde a un valor fraccionario, es decir, sería como un excitón hecho de una cuasipartícula de carga fraccionaria y otra cuasipartícula de carga fraccionaria, con dos fracciones diferentes. Y esto es algo que es la novedad; esto es una cosa que yo no sé si en principio lo buscaban o no, pero estos investigadores plantean el artículo como si ellos lo hubieran buscado, como si no hubiera sido cosa de serendipia; ellos buscaban ver excitones y a ver si aparecen estos excitones. Estos excitones fueron predichos por la teoría;…