FÍSICA QUÍMICA DE MATERIALES COMPLEJOS

La línea de investigación “Física Química de Materiales Complejos” aborda las propiedades estructurales y electrónicas de los materiales nanoestructurados complejos. Se combinan esfuerzos experimentales y teóricos para comprender las propiedades, la formación y la dinámica de diferentes moléculas y nanoestructuras en las superficies.

En esta línea de investigación se incluyen varios grupos de investigación, con un alto grado de complementariedad.

LOS GRUPOS DE INVESTIGACIÓN

INTERFACES GAS/SÓLIDO

Este grupo está dedicado a la comprensión de los diferentes mecanismos que determinan la reactividad de los átomos y pequeñas moléculas en las superficies. El grupo tiene una amplia y sólida experiencia en el estudio y modelado de la interacción de la radiación y los iones rápidos con sólidos, superficies y nanoestructuras, y su actividad de investigación se ha extendido a la interacción de átomos y moléculas térmicas e hipertermales con las superficies. El grupo realiza simulaciones de dinámica molecular de última generación de diferentes procesos físicos y químicos, tales como adsorción disociativa, adsorción molecular, reflexión molecular, difusión de especies químicas, etc.

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FENÓMENOS CUÁNTICOS EN SUPERFICIES

El grupo estudia teórica y experimentalmente los exóticos fenómenos que tiene lugar en superficies sólidas. Estos fenómenos van desde la creación de los fermiones Majorana, hasta el estudio de los skyrmiones o la creación de estados entrelazados entre muchos otros estudios. Los Hamiltonianos modelo se conectan a los cálculos ab-initio y la física se explora con el objetivo de aprender sobre los sistemas para entender los fenómenos y eventualmente predecirlos. Experimentalmente, el microscopio de barrido de efecto túnel permite tener control atómico sobre los sistemas estudiados y crear estructuras que pueden mostrar fermiones Majorana en superconductores o mostrar átomos enredados en el efecto Kondo de las cadenas de espín, por ejemplo.

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MODELIZACIÓN Y SIMULACIÓN

El grupo “Modelización y Simulación”, se dedica al estudio teórico de las propiedades electrónicas y estructurales de materiales complejos, superficies limpias o decoradas y nanoestructuras, utilizando métodos primeros principios. Una parte importante de la actividad de investigación se dedica al desarrollo de herramientas de simulación. Es uno de los grupos involucrados en el desarrollo del código SIESTA de escala lineal. Otras áreas de investigación del grupo incluyen: Simulaciones de primeros principios de transporte elástico e inelástico en nanoestructuras; simulaciones de barrido de imágenes de microscopía y espectroscopias de efecto túnel; teoría de la interacción de iones y partículas rápidas con sólidos, superficies y nanoestructuras; procesos electrónicos ultrarrápidos y excitaciones electrónicas.

LABORATORIO DE NANOFÍSICA

El Laboratorio de Nanofísica, está dedicado a la caracterización experimental de superficies, sistemas de baja dimensión y novedosos materiales nanoestructurados preparados con un enfoque de ciencia de superficies y estudiados mediante técnicas de efecto túnel de barrido (STM), microscopía de fuerza atómica (AFM), varias técnicas de fotoemisión (XPS, ARPES, UPS) y absorción (NEXAFS), entre otras.
El laboratorio tiene como objetivo proporcionar la caracterización estructural y electrónica completa de sistemas nanoestructurados con resolución atómica. Se presta especial atención a las nanoestructuras autoensambladas, como las superficies escalonadas y los ensamblajes supramoleculares. También cabe destacar la actividad sobre cristales curvos que ha dado lugar al desarrollo de una empresa derivada, denominada “Bihurcrystal“.

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ESPECTROSCOPIA A ESCALA ATÓMICA

El grupo “Espectroscopia a escala atómica”, está dedicado a la investigación estructural y espectroscópica a escala local, basada en técnicas de barrido de efecto túnel. Estudia las propiedades electrónicas, vibratorias y de transporte en las superficies. La principal herramienta del grupo para el estudio de nanoestructuras a escala atómica es la microscopía de barrido a baja temperatura. Las propiedades locales de los objetos y superficies a nanoescala se miden con un vacío ultra alto y a temperaturas de hasta 1K.

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RESEARCH FACILITIES

ULTRA-LOW TEMPERATURE SCANNING TUNNELING MICROSCOPY LAB

A combined AFM/STM instrument capable of scanning atomic forces and tunneling current simultaneously at 1 K.

HIGH RESOLUTION ANGLE RESOLVED PHOTOEMISSION LAB

A combined ARPES/STM system with a double prep-chamber, which permits separate and joint ARPES/STM experiments. The ARPES chamber is an ultra-high resolution (0.1 degree, 5 meV) system, able of measuring solid samples down to 20 K.

SURFACE CHEMISTRY AND MAGNETISM LAB

Two separate STM/X Ray Photoemission (XPS) and STM/Magneto Optic Kerr Effect (MOKE) chambers for surface chemistry and surface magnetism experiments, respectively.

COMPUTING FACILITIES FOR AB INITIO CALCULATIONS AND OTHER SIMULATION METHODS

Several computing clusters at CFM and other institutions (such as DIPC) under collaborative research. Several scientific codes for ab initio calculations (DFT based on plane waves and local orbitals, quantum chemistry, quantum Monte Carlo), as well as other computational and graphic packages.

DEVELOPMENT OF SCIENTIFIC SOFTWARE

Development of scientific software for ab initio calculations as well as for other methodologies, including packages freely distributed to the scientific community (e.g., the SIESTA code developed in collaboration with other institutions).