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Juan Carlos GilFrancis VillatoroHéctor SocasMaría RibesGastón Giribetgrafeno 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 VillatoroPremio Nobelefecto Hall cuántico fraccionarioNatureconstante de PlanckHéctor Socasefecto Hallefecto Hall fraccionarioLorentzHallCoulomb
Escitones cuasipartículas efecto Hall
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.
…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 #1 · 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 #2 · Palabras #3cuasipartículas 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 cómo la conductividad transversal muestra saltos o escalones debido a la cuantización observada en el efecto Hall cuántico.
Habla: Francis VillatoroSignificado #3efecto hall descubierto siglo xixcinta conductora diferencia potencialcorriente flujo longitudinalfuerza de lorentz en electronesefecto hall en cinta conductoratrayectorias circulares electrones campo magnéticohall observa conducción transversalefecto hall y temperaturas criogénicasconductancia y función de ondaestados estacionarios en electronescuantización de la función de ondaefecto 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 magnético…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 hecho de que los electrones pueden dar órbitas circulares y por lo tanto las funciones de onda que describen a esas partículas que se propagan en ese material, pues presenta estados estacionarios, estados en los que la función de 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…
Francis Villatoro explica el trabajo de unos investigadores que intentan observar estados excitón, definiendo qué son estos últimos como un estado ligado entre una cuasipartícula tipo electrón y otra tipo hueco.
Habla: Francis VillatoroSignificado #11estados excitón cuasipartícula electrónestructura de bandas valencia conduccióntemperatura cero nivel de llenado…vueltecitas que dan? Interaccionan entre ellos, pero los detalles de cómo ocurre este proceso, hasta donde me consta, todavía no están conocidos o al menos todavía no hay un consenso sobre cuál es la explicación buena. ¿Qué han hecho estos investigadores? Estos investigadores llevan ya un tiempo tratando de ver si se podía observar estados de tipo excitón. ¿Qué es un excitón? Un excitón es un estado ligado de una cuasipartícula tipo electrón y una cuasipartícula tipo hueco. Sabéis la estructura de bandas, tenemos unas bandas de valencia y de conducción, cuando a temperatura cero pues tengo un cierto nivel de llenado de bandas, entonces la última banda llena pues es una Banda de Valencia que está llena de estados de tipo cuasi partícula tipo electrón y la siguiente banda vacía; las bandas surgen porque los niveles discretos de energía de los átomos. Cuando tengo un sólido que tiene virtualmente un número infinito de átomos,…
Francis Villatoro explica cómo, dentro de una estructura de bandas, una partícula que conduce por la banda de conducción deja un hueco en la banda de valencia, generando estados de propagación de tipo cuasipartícula.
Habla: Francis VillatoroSignificado #20 · Palabras #14banda de conducción salto temperaturahueco banda de valencia propagacióncuasipartículas electrón hueco materialesinteracción coulomb electrónica criogenia…niveles se dividen en un conjunto de niveles muy próximos y aparecen como bandas. El número de estados en cada banda es finito, pero son números del orden del número de Agadro para arriba; son números tan grandes que en la práctica se consideran continuas. Bien, pues en esa estructura de bandas, cuando yo tengo una partícula que conduce por la banda de conducción, es que ha pegado el salto, la temperatura no es cero, una temperatura finita, ha pegado un salto, deja un hueco en la banda de valencia es decir, que yo tengo estados de propagandes de tipo cuasipartícula de tipo hueco y de estados de tipo electrón en algunos materiales, en ciertas circunstancias, sobre todo en criogenia, se pueden ligar hay una interacción efectiva de tipo Coulomb, es decir, como la fuerza eléctrica típica que puede unir a esa cuasipartícula tipo electrón y a esa cuasipartícula tipo hueco Yo digo que en Este campo siempre se usa la palabra electrón y hueco, y se habla de los electrones como si fueran electrones, pero no son partículas; estamos hablando de ondas. Son casi partículas, son ondas análogas a lo que sería en un estadio de fútbol la onda que hace…
Francis Villatoro explica qué es un excitón, definiéndolo como un estado ligado entre una cuasipartícula electrónica y otra tipo hueco.
Habla: Francis VillatoroSignificado #19 · Palabras #4banda conducción partícula electrónicabanda valencia partícula hueco…serían como las personas que se están moviendo los asientos. Entonces podemos tener un estado ligado, sorprendentemente, por fuerzas colombianas efectivas entre una cosipartícula tipo electrón y una cosipartícula tipo hueco. A eso le llamamos escitón. El escitón es un 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…
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 #1 · Palabras #1grafeno 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…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, al aplicar polaridades opuestas a las capas de una estructura bicapa de grafeno, se pueden excitar electrones y huecos para observar el efecto Hall cuántico fraccionario.
Habla: Francis VillatoroSignificado #5 · Palabras #19efecto 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 bicapa…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…
Francis Villatoro describe un experimento donde se observan estados excitón al controlar las fracciones de llenado en capas de grafeno bicapa.
Habla: Francis VillatoroSignificado #18estados 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…