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Francis VillatoroHéctor SocasJosé EdelsteinGastón Giribetestados mayorana en superconductores topológicosestructura de bandas de materialespartículas masa cero física partículasestructura de bandas y niveles electrónicosniveles electrónicos átomo número avogadrobandas materiales y salto de bandanivel de energía relleno en materialnivel energía fermi cero absolutoelectrones saltan nivel fermibandas valencia y banda conducciónconducción eléctrica temperaturas finitascuasi partículas estados electrónicossalto de banda aislantebanda de valencia y conducciónmaterial aislante temperaturasemiconductor distancia saltosalto de banda directo superconductorparábola cóncava banda valenciaparábola convexa banda conducciónestructura típica superconductor ópticaFrancis Villatorosuperconductor de tipo PEstados de Mayoranaletra Hnivel de Fermipares de Coopersuperconductores de tipo SKitáeznivel de energía de FermiQubitBuananúmero de AvogadroKitáevsuperconductores tipo P
Salto de banda directo superconductor
Con
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Francis Villatoro explica cómo la estructura típica de un superconductor se relaciona con la óptica, describiendo la existencia de un salto de banda directo que involucra parábolas cóncavas y convexas.
…que no tiene nada que ver con las partículas de tipo Majorana. Es decir, no tiene nada que ver ni con los Majoranas como candidato a explicar el neutrino, ni los Majoranas en supersimetría, ni nada por el estilo porque es un estado de masa efectiva cero. ¿Una partícula de masa cero? Eso es una cosa. Desde el punto de vista de la física de partículas no tiene sentido, pero en materiales sí ocurre. Para entender bien ese material, lo suyo es recurrir a la estructura de bandas. Lo que tenemos es un material, un superconductor topológico, en el que tenemos una estructura de bandas. Recordar que la estructura de bandas es los niveles electrónicos en los átomos; cuando tengo muchos átomos todos iguales, pues dos niveles son muy parecidos pero no pueden coincidir, pues se ponen muy cercanos. Entonces yo tengo como bandas, la que tengo, yo que sé, muchos niveles todos muy próximos, una zona en la que no hay nada, un salto de banda, y después tengo otra zona de niveles muy próximos. Muy próximo significa que tengo, yo que sé, el número de abogadro de niveles electrónicos asociado a cada uno de los niveles del átomo o de la molécula que constituye el material. Entonces, en la estructura de un material, para estudiar la conducción, yo tengo lo que es el nivel de energía relleno; a lo que está relleno todos los estados de estos niveles. Todos estos niveles en las bandas, todas las bandas están rellenas hasta un cierto tope de energía. Eso se llama el nivel de energía de Fermi. Entonces, eso ocurre al cero absoluto de temperaturas. Cuando tú tienes una temperatura finita, pues hay una probabilidad de que haya estados, son estados electrónicos, electrones, pero se comportan como cuasi partículas, que salten por encima del nivel de Fermi de la parte que está por debajo a la parte que está por encima. La parte que está por debajo se llama las bandas de valencia y la parte que está por arriba es la banda de conducción y cuando se producen esos saltos a temperaturas finitas tú puedes conducir eléctricamente en el material, eso es un poco la idea de la conducción entonces. Claro, cuando el salto de banda, el salto entre la banda de valencia y la banda de conducción es muy grande, tengo un aislante; un material aislante es un material en el que conforme sube la temperatura no hay suficiente energía para que los estados electrónicos en la banda de valencia puedan saltar a la banda de valencia y un semiconductor es cuando la distancia es pequeña y entonces hay una probabilidad y bajo ciertas circunstancias pues se producen esos saltos. Bien, la estructura típica de un superconductor, sobre todo en temas relacionados con óptica, es lo que se llama un salto de banda directo. Es decir, tengo como una parábola para la banda de Valencia y encima tengo una parábola invertida para la banda de conducción. La parábola de arriba es cóncava y la de abajo es convexa y tengo como dos montañitas, una montañita y un valle arriba y puedo pegar saltos en la zona. Más cercana, en ese ancho de banda ¿Qué pasa en ciertos materiales? En ciertos materiales el nivel de Fermi está justo en la mitad, el máximo de la parábola de abajo está por debajo del nivel de Fermi. El mínimo de la parábola por arriba está por encima del…
Significado #1 · Palabras #1
Francis Villatoro explica las características de los superconductores tipo S y P, detallando cómo se forman los pares de Cooper y su comportamiento en cada tipo.
Habla: Francis VillatoroSignificado #8 · Palabras #12pares cooper en superconductores tipo sbosón de spin cero superconductor saluminio superconductor tipo spares cooper con spin arriba abajoestado de spin 1 superconductor psuperconductores tipo p materiales topológicosmodelo kitáev fermiones superconductor topológicotransición de fase estados superconductores…viene de un gran físico que acabará recibiendo el premio Nobel que se llama Kitáez, que construyó un modelo de juguete, un modelo muy sencillito, de una cadena de fermiones y en esa cadena de fermiones asumió que eran estados de un superconductor de tipo P. Los superconductores, los electrones se aparean; se llaman pares de Cooper, y como los electrones tienen spin, pues digamos, entre comillas, el spin para arriba, el spin para abajo, en la pareja de un par de Cooper, uno puede tener spin para arriba y el otro spin para abajo. Entonces, el estado, el par de Cooper se comporta como un bosón de spin cero; eso se llama un superconductor de tipo S. Esos son los superconductores originales: el aluminio que es un superconductor de tipo S, el mercurio, muchos materiales son superconductores de tipo S, pero también existen superconductores de tipo P. Los superconductores de tipo P en los pares de Cooper hay pares de Cooper de tres tipos: parece Cooper con los dos spins hacia arriba, con los dos spins hacia abajo y con un spin arriba y otro abajo. Es decir, es un estado de spin 1 que tiene tres estados: 1, 0 y menos 1. Entonces, este tipo de superconductores de tipo P, bajo ciertas circunstancias, se comportan como materiales topológicos; es decir, como un superconductor topológico. Y entonces lo que nos planteó Kitáev en el año 2001 es un modelo de juguete, pero de juguete unidimensional, de una cadena de fermiones en este tipo de material y lo que se observa en este modelo es que aparecen bajo ciertas circunstancias, cuando por supuesto baja mucho la temperatura, llega un momento en que hay una transición de fase a un estado en el que aparecen dos estados. Localizados en los extremos de esta cadena, es decir, en el primer fermión de la cadena y el último fermión de la cadena, aparecen dos estados que están exponencialmente decayentes. Son como los estados evanescentes en óptica. Esto lo hemos visto, yo qué sé,…
Francis Villatoro explica cómo la estructura típica de un superconductor se relaciona con la óptica, describiendo la existencia de un salto de banda directo que involucra parábolas cóncavas y convexas.
Habla: Francis VillatoroSignificado #1 · Palabras #1estados mayorana en superconductores topológicosestructura de bandas de materialespartículas masa cero física partículasestructura de bandas y niveles electrónicosniveles electrónicos átomo número avogadrobandas materiales y salto de bandanivel de energía relleno en materialnivel energía fermi cero absolutoelectrones saltan nivel fermibandas valencia y banda conducciónconducción eléctrica temperaturas finitascuasi partículas estados electrónicossalto de banda aislantebanda de valencia y conducciónmaterial aislante temperaturasemiconductor distancia saltosalto de banda directo superconductorparábola cóncava banda valenciaparábola convexa banda conducciónestructura típica superconductor óptica…que no tiene nada que ver con las partículas de tipo Majorana. Es decir, no tiene nada que ver ni con los Majoranas como candidato a explicar el neutrino, ni los Majoranas en supersimetría, ni nada por el estilo porque es un estado de masa efectiva cero. ¿Una partícula de masa cero? Eso es una cosa. Desde el punto de vista de la física de partículas no tiene sentido, pero en materiales sí ocurre. Para entender bien ese material, lo suyo es recurrir a la estructura de bandas. Lo que tenemos es un material, un superconductor topológico, en el que tenemos una estructura de bandas. Recordar que la estructura de bandas es los niveles electrónicos en los átomos; cuando tengo muchos átomos todos iguales, pues dos niveles son muy parecidos pero no pueden coincidir, pues se ponen muy cercanos. Entonces yo tengo como bandas, la que tengo, yo que sé, muchos niveles todos muy próximos, una zona en la que no hay nada, un salto de banda, y después tengo otra zona de niveles muy próximos. Muy próximo significa que tengo, yo que sé, el número de abogadro de niveles electrónicos asociado a cada uno de los niveles del átomo o de la molécula que constituye el material. Entonces, en la estructura de un material, para estudiar la conducción, yo tengo lo que es el nivel de energía relleno; a lo que está relleno todos los estados de estos niveles. Todos estos niveles en las bandas, todas las bandas están rellenas hasta un cierto tope de energía. Eso se llama el nivel de energía de Fermi. Entonces, eso ocurre al cero absoluto de temperaturas. Cuando tú tienes una temperatura finita, pues hay una probabilidad de que haya estados, son estados electrónicos, electrones, pero se comportan como cuasi partículas, que salten por encima del nivel de Fermi de la parte que está por debajo a la parte que está por encima. La parte que está por debajo se llama las bandas de valencia y la parte que está por arriba es la banda de conducción y cuando se producen esos saltos a temperaturas finitas tú puedes conducir eléctricamente en el material, eso es un poco la idea de la conducción entonces. Claro, cuando el salto de banda, el salto entre la banda de valencia y la banda de conducción es muy grande, tengo un aislante; un material aislante es un material en el que conforme sube la temperatura no hay suficiente energía para que los estados electrónicos en la banda de valencia puedan saltar a la banda de valencia y un semiconductor es cuando la distancia es pequeña y entonces hay una probabilidad y bajo ciertas circunstancias pues se producen esos saltos. Bien, la estructura típica de un superconductor, sobre todo en temas relacionados con óptica, es lo que se llama un salto de banda directo. Es decir, tengo como una parábola para la banda de Valencia y encima tengo una parábola invertida para la banda de conducción. La parábola de arriba es cóncava y la de abajo es convexa y tengo como dos montañitas, una montañita y un valle arriba y puedo pegar saltos en la zona. Más cercana, en ese ancho de banda ¿Qué pasa en ciertos materiales? En ciertos materiales el nivel de Fermi está justo en la mitad, el máximo de la parábola de abajo está por debajo del nivel de Fermi. El mínimo de la parábola por arriba está por encima del…
Francis Villatoro explica cómo la estructura de bandas de los materiales se modifica al bajar la temperatura, lo que provoca que el band gap se cierre y las parábolas colisionen en el nivel de Fermi.
Habla: Francis VillatoroPalabras #7band gap se cierra temperaturaparábolas colisionan nivel fermiestructura bandas baja temperatura…el máximo de la parábola de abajo está por debajo del nivel de Fermi. El mínimo de la parábola por arriba está por encima del nivel de Fermi. En muchos materiales cuando baja la temperatura se cambia la estructura de bandas y una cosa que puede ocurrir con La estructura de bandas es que vaya acercándose, el band gap se va cerrando. Ese salto se va cerrando y cuando se va cerrando llega un momento en que colisionan las dos parábolas. En el nivel de Fermi tengo una parábola y tengo la parábola que tiene su máximo y la parábola que Tiene su mínimo coinciden exactamente en el nivel de Fermi. Ahí lo que tengo es un estado, tengo estado de energía cero, porque el salto desde la parábola de abajo a la parábola de arriba, como están en contacto, es cero, requiere energía cero. Ahí tengo…
Francis Villatoro explica una solución para superar las dificultades del manejo de superconductores de tipo P, proponiendo la creación de un sistema que imita su comportamiento utilizando una cinta de superconductor de tipo S y un hilo aislante o semiconductor.
Habla: Francis VillatoroSignificado #2 · Palabras #6superconductores tipo p difíciles laboratoriodescubrimiento truco superconductor tipo smanipulación estados ligados computación cuánticasuperconductor tipo p y cinta snanómetros hilito aislante semiconductormodelo teórico superconductor topológicofabricación laboratorio 2008…conexión que tienen entre los dos. Eso se puede hacer con operadores cuánticos, básicamente aplicar campos magnéticos y polarizar con campos eléctricos y consigo hacer ese tipo de movimiento de estado. Y esa es la clave, digamos, de la computación cuántica. Claro, esto era todo con un superconductor de tipo P. Los superconductores de tipo P son muy difíciles de manejar en laboratorio, etc. Entonces, unos años más tarde, en 2008, se descubrió que hay un truco. Hay un truco absolutamente fascinante; y es que yo puedo utilizar un superconductor de tipo S. Pero en lugar de convertir en un hilito el superconductor de tipo P Yo puedo poner como una pequeña cinta de superconductor de tipo S y poner encima un hilito de un material que sea aislante, un semiconductor que sea aislante y si este hilito es suficientemente delgado, estamos hablando de pocos nanómetros, la cinta del superconductor abajo puede ser también un poquito más gordita, pueden ser como 60 nanómetros, consigo que, según los modelos teóricos, ese sistema se comporte de manera análoga al superconductor topológico de tipo P. Esto hizo que en 2008 se diera un salto de gigante porque ahora ya sí se podía fabricar fácilmente el laboratorio. Y eso hizo que en 2010 una gran compañía como Microsoft decidiera apostar por esta tecnología para construir qubits. Entonces, la idea es construir un pequeño nanohilo de un material semiconductor, en este caso es arceniuro de indio, InAs, sobre, en este caso…
Francis Villatoro explica cómo se pueden conectar estados de Majorana utilizando un material superconductor dispuesto en forma de letra 'H' entre dos nanohilos.
Habla: Francis VillatoroSignificado #5 · Palabras #18estados de mayorana conectadosmaterial superconductor forma letra hnanohilos y estados de mayoranabraiding con material superconductor…de Majorana en un nanohilo será observar un comportamiento topológico. Por desgracia eso no es nada trivial, es extremadamente difícil. El comportamiento topológico que esperamos encontrar es lo que se llama el braiding, lo que se llama el trenzado de. los estados Si yo tengo dos nanohilos, en los extremos de un nanohilo tengo dos estados de mayorana conectados, en el otro nanohilo tengo dos estados de mayorana conectados Si yo ahora en mitad de ese nanohilo pongo un material superconductor, el mismo material superconductor que forme, digamos, no dos cintas, sino una letra H Imaginaros una letra H en la que en mitad del nanohilo tengo material superconductor que conecta y los dos palitos del H En los extremos el nanohilo va en los palos largos del H Y tengo los estados de mayorana en los extremos del nanohilo Bien, pues para hacer el braiding lo ¿Qué yo tengo que hacer es un estado de uno de los extremos por situarnos? No vamos a poner el nanohilo en la H, la letra H puesta en horizontal y tengo en el nanohilo de arriba, izquierda, derecha y en el nanohilo de abajo, izquierda, derecha. Entonces el…
Francis Villatoro explica su criterio para creer en los avances de la computación cuántica, estableciendo un umbral de tiempo de coherencia para un qubit superior al de las tecnologías superconductoras convencionales.
Habla: Francis VillatoroSignificado #9qubit tiempo de coherencia superconductorastecnologías superconductoras microsegundosfrancis villatoro criterio qubitun segundo millón veces más…trabajar en esto, y ahora mismo la línea de ordenadores cuánticos topológicos, que son como la gran promesa de El día que tengamos uno de este ordenador no necesitaremos algoritmos de corrección de errores, no necesitamos, esto será la octava maravilla, ¿no? Y le digo: si tú me demuestras un Qubit y me pones un tiempo de coherencia, solamente de un segundo, cuando las tecnologías superconductoras habituales tienen coherencia de microsegundos, pues yo me lo creo; es que yo digo: sí, Buana, faltaría más, un segundo, es que es un millón de veces más que las otras tecnologías. Entonces, cuando Yu avances en eso, pues acabarás consiguiendo un día. Pero es que ahora mismo no han demostrado nada, ni han empezado. Sí, es que habría que decirle a los oyentes que La razón por la que esto también despierta tanta pasión es porque es una estrategia en la que Microsoft está haciendo una apuesta muy fuerte, cuando todo el mundo ya, digamos que se ha retirado de esa estrategia; están yendo por otra y Microsoft ha decidido…