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Juan Carlos GilFrancis VillatoroHéctor SocasMaría RibesGastón Giribetefecto 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 sintetizadodopaje estructura grafeno bicapapotenciómetro controla portadores capafracción llenado capas independientesdistancia menor a 0 4 nanómetrosexcitón estados de tipoestados excitón grafeno bicapafracciones llenado capas grafenoconductividad cero efecto hallFrancis Villatoroefecto Hall cuántico fraccionarioefecto Hall cuánticoPlanckgeometría de Corvinoefecto Hall fraccionariosiglo XIXMasloffinBosch-Einstein
Estados excitón grafeno bicapa
Con
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Francis Villatoro explica cómo se puede dopar el grafeno bicapa rotado con ángulo mágico, un proceso necesario para obtener estados superconductores.
…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 que he metido en cada capa y puedo hacerlo 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…
Significado #8 · Palabras #1
Francis Villatoro explica cómo los estados cuánticos observados en materiales bidimensionales, como el grafeno, aún carecen de una teoría física completa.
Habla: Francis VillatoroSignificado #9 · Palabras #14grafeno estados cuánticoscuasipartículas carga fraccionariapelículas delgadas principios ochentateoría efectiva materiales bidimensionales…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 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 #7 · Palabras #9estados 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 se pueden manipular bicapas de grafeno, como ejemplo de un material compuesto por dos capas de grafeno superpuestas.
Habla: Francis VillatoroSignificado #2 · Palabras #4banda conducción partícula electrónicabanda valencia partícula huecobicapa 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 colcuánticobicapa de grafeno estructura corvinodisco con agujero central circular…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 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 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…
Francis Villatoro explica cómo se puede dopar el grafeno bicapa rotado con ángulo mágico, un proceso necesario para obtener estados superconductores.
Habla: Francis VillatoroSignificado #8 · Palabras #1efecto 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 sintetizadodopaje estructura grafeno bicapapotenciómetro controla portadores capafracción llenado capas independientesdistancia menor a 0 4 nanómetrosexcitón estados de tipoestados excitón grafeno bicapafracciones llenado capas grafenoconductividad cero efecto hall…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 que he metido en cada capa y puedo hacerlo 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 cómo al combinar capas con cuasipartículas de carga fraccionaria de electrones y huecos, se observan estados de tipo excitón.
Habla: Francis VillatoroSignificado #4 · Palabras #10cuasipartículas carga fraccionaria electronescapas cuasipartículas carga fraccionaria huecosestados excitón fracciones relativasdiferencia relativa capas excitónexcitones convencionales electrones huecosdiferencia de carga fraccionaria número enterocuasipartículas tipo electrón hueco…de llenado fraccionarios que multiplicarían a ese valor constante que sería la carga eléctrica al cuadrado a partir de la constante de Planck. Bien, eso lo puedo hacer de manera independiente de ambas capas: ¿Qué pasa cuando ahora yo empiezo a combinar? Es decir, yo tengo en una capa cuasipartículas de carga fraccionaria de electrones y en la otra capa tengo cuasipartículas de carga fraccionaria de huecos. ¿Qué pasa cuando yo hago coincidir las fracciones de ambos? Bien, por lo que resulta es que dependiendo de la diferencia relativa entre la fracción que tengo en una capa y la fracción que tengo en otra capa, me aparecen estados de tipo excitón en algunas de estas fracciones relativas. Y esos estados de tipo excitón los hay como de Dos tipos. Los hay en los que la diferencia de carga fraccionaria corresponde a un número entero, tengo un número fraccionario arriba, un número fraccionario abajo, lo resto, la diferencia de un número entero, que son como excitones convencionales. Son equivalentes a los excitones formados por una cuasipartícula tipo electrón y una cuasipartícula tipo hueco. Como es de esperar, estadísticamente lo que se analiza aquí es el transporte de carga y la estadística en el transporte de carga se puede chequear si es estadística de tipo fermiónica o bosónica. Aquí se observa que es estadística de tipo bosónica, lo 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 VillatoroSignificado #14excitón compuesto por cuasipartículasdiferencia de cargas valor fraccionariocuasipartícula carga fraccionaria villatoroexcitones con carga fraccionariapredicción teórica masloffin 1984confirmación predicción en 2025estadística bosch-einstein excitonesconfirmación excitones artículo científico…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; Masloffin los predijo en 1984, entonces, por lo tanto, estamos confirmando en 2025 una predicción teórica. También pueden existir excitones de carga fraccionaria. Claro, ¿qué ¿Estadísticas siguen estos excitones? Realmente, porque aquí las señales que se están viendo son señales que son las señales típicas de un excitón que sigue una estadística de Bosch, de Bosch-Einstein. Entonces, realmente los datos observacionales que aparecen en el artículo confirman y ratifican de forma, digamos, unívoca: son una señal tan característica de un excitón de carga fraccionaria que no tenemos ningún tipo de dudas. Yo no soy experto, el artículo. Se ha publicado en Nature, pero a mí no me convence que esa señal sea realmente definitiva. Yo creo que tenemos que esperar a que se confirme de manera independiente por otros investigadores y que los teóricos no descubran o desvelen algún mecanismo que pueda…
Francis Villatoro explica las condiciones necesarias para que los excitones permitan construir un qubit y la posible aparición de una nueva tecnología.
Habla: Francis VillatoroSignificado #19 · Palabras #18excitones para construir un qubitpropiedades cuánticas asociadas a excitonesprimer qubit con excitonesnueva tecnología basada en excitones…o 30 años, ¿vale? O sea, que no pensemos que el premio Nobel es para pasar mañana, ¿no? Pero bueno, estos investigadores son relativamente jóvenes y dentro de 30 años todavía estarán, salvo desgracia, que esperemos que no ocurra, vivos para poder recibirlo. Y bueno, es un tema que, una vez que se confirme, que se controlen de forma adecuada estos excitones, que se vea si realmente las propiedades cuánticas asociadas a estos excitones son las que esperadas y que permiten construir un qubit, pues podrían dar lugar a un tipo de qubit. Pero claro, esto puede costar 10 años que se plantee el primer qubit con este tipo de excitones y a ver si tiene suerte y surge una tecnología. Pero bueno, la manera más fácil de vender este artículo es como que es un nuevo camino hacia los ordenadores cuánticos. Pero en realidad estamos absolutamente a una distancia infinita de eso. Yo quiero reiterar: no siempre hacemos esta postilla que hace…