PROPIEDADES ELECTRÓNICAS EN LA NANOESCALA

Propiedades electrónicas en la nanoescala

EQUIPO

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La línea de investigación “Propiedades electrónicas en la nanoescala” se centra en las propiedades electrónicas de sólidos, superficies, nanoestructuras y sistemas de baja dimensión. La investigación dentro de la línea aborda las propiedades electrónicas tanto de base como de los estados de excitación de estos sistemas. En particular, se investiga la respuesta electrónica de materiales bajo diferentes perturbaciones, es decir, diferentes sondas experimentales (radiación electromagnética, electrones, iones, etc.). La forma en la que el tamaño, borde y los efectos de dimensionalidad pueden cambiar las propiedades de los materiales nanométricos está bajo escrutinio.

En esta línea de investigación puramente teórica se incluyen cinco grupos de investigación. La actividad de todos los grupos abarca el estudio teórico de una amplia gama de materiales, incluyendo tanto la escala microscópica como la mesoscópica, basadas en metodologías de última generación.

LOS GRUPOS DE INVESTIGACIÓN

EXCITACIONES ELECTRÓNICAS EN SUPERFICIES Y NANOESTRUCTURAS

El grupo “Excitaciones Electrónicas en Superficies y Nanoestructuras”, está dedicado principalmente al estudio teórico de la dinámica de los electrones en sólidos, superficies, sistemas a nanoescala y materiales de interés tecnológico. Además, las propiedades electrónicas y magnéticas de los materiales se obtienen utilizando metodologías de principios primarios. Se investiga la dinámica de los electrones en diferentes sistemas, con especial énfasis en los procesos ultrarrápidos y los efectos de tamaño. Los materiales avanzados, como los aislantes topológicos y los sistemas relacionados con el cemento, son los objetivos actuales de la investigación de grupo.

COMPUTACIÓN Y TEORÍA DE MATERIALES

El grupo “Computación y Teoría de Materiales” se centra en cálculos de estructura electrónica de principios básicos para analizar y comprender las propiedades de los materiales, en particular las propiedades ópticas, electrónicas y magnéticas, así como la superconductividad. También se aborda un análisis teórico de las propiedades físicas anómalas asociadas a la creciente correlación electrónica inducida por la presión, observadas experimentalmente y aún no comprendidas por completo.

FÍSICA MESOSCÓPICA

El grupo “Física Mesoscópica” se dedica al estudio teórico de las propiedades de los sistemas mesoscópicos, así como al estudio del transporte cuántico en metales, ferromagnéticos, semiconductores, superconductores, sistemas de átomos fríos, materiales orgánicos y aislantes. El objetivo principal del grupo es el desarrollo de marcos teóricos para describir varios fenómenos relacionados con el transporte cuántico en sistemas mesoscópicos, tales como la coexistencia del ferromagnetismo y la superconductividad, el transporte de calor en nanoestructuras, la coherencia cuántica en sistemas híbridos y sistemas fuertemente correlacionados.

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NANO-BIO ESPECTROSCOPIA

El grupo “Nano-bio Espectroscopia” se centra en la teoría y modelización de las propiedades electrónicas y estructurales de la materia condensada y en el desarrollo de nuevas herramientas teóricas y códigos computacionales para investigar la respuesta electrónica de sólidos y nanoestructuras a campos electromagnéticos externos. Las actuales actividades de investigación incluyen nuevos desarrollos dentro de la teoría de muchos cuerpos y la TDDFT. También se aborda la descripción teórica de la espectroscopia óptica, las espectroscopias con resolución temporal, STM/STS y XAFS. Los desarrollos metodológicos incluyen técnicas novedosas para el cálculo de las energías totales y la evaluación y desarrollo de funcionalidades de correlación de intercambio para los cálculos de TDDFT y mejoras en la teoría del transporte dentro del formalismo de TDDFT en tiempo real.

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GRUPO DE INVESTIGACIÓN SOUZA

La actividad del grupo “La investigación de Souza” se centra en la teoría de la materia condensada, utilizando técnicas computacionales para estudiar las propiedades de los materiales desde los primeros principios. El trabajo del grupo a menudo implica el desarrollo de nuevos enfoques teóricos y algoritmos, y su aplicación a problemas de interés actual, incluyendo métodos para estudiar aisladores en campos eléctricos finitos, así como para construir orbitales Wannier localizados para metales. Los fenómenos que surgen de la interacción entre el orden magnético colectivo en los sólidos y la interacción espín-órbita dentro de los átomos constituyentes también han sido tratados recientemente.

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MATERIALES CERÁMICOS Y CEMENTICIOS (MC2)

Combinando conocimientos de diferentes disciplinas como la física del estado sólido, la física de las materias blandas, la geoquímica y la ingeniería química, el grupo “Materiales cerámicos y cementosos” se centra en el diseño computacional y la síntesis de nuevos materiales cerámicos y cementosos con menor huella de CO2. Entre sus diferentes líneas de investigación, cabe destacar las siguientes:

  • El uso de simulaciones atómicas y coloidales para estudiar la estructura y propiedades de los materiales.
  • La implementación de nuevas tecnologías de fluidos hidrotermales y supercríticos (SCF) para la síntesis ultrarrápida de nanopartículas cerámicas.
  • El desarrollo de nuevas metodologías de sinterización mediante el uso de autoclaves o microondas que permiten un notable ahorro energético y una drástica reducción de las emisiones de CO2.

RESEARCH FACILITIES

COMPUTING FACILITIES FOR AB INITIO CALCULATIONS AND OTHER SIMULATION METHODS

Several computing clusters at the 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), as well as other computational and graphic packages.

DEVELOPMENT OF SCIENTIFIC SOFTWARE

Development of scientific software for ab initio calculations, including time-dependent propagation, electromagnetic and optical response, as well as for other methodologies. Development of packages freely distributed to the scientific community (e.g., OCTOPUS for time-dependent density functional theory calculations).