IKERKETA-TALDEAK
Ikerketa-talde independenteak mantentzen badira ere, Zentroak ikerketa-ekosistema transbertsal gisa jarduten du, erronketara bideratua, lankidetza malguak eta proiektuek bultzatutako ikuspegiak sustatuz, diziplina tradizionalen mugak gainditzen dituzten ezagutzak integratuz. Ekosistema hori bost ikerketa-lerrok definitzen dute eta gizarte-eremuen bi ardatzek zeharkatzen dute modu transbertsalean.
GAS/SOLIDO INTERFAZEAK
“Gas/Solido Interfazeak” taldea materiaren gas- eta solido-fasen arteko interfazean gertatzen diren prozesu fisiko eta kimikoen eskala atomikoko ulermenean zentratzen da. Oinarrizko prozesu erreaktibo zein ez-erreaktibo horiek ulertzea funtsezkoa da energiarekin eta ingurumenarekin lotutako aplikazio askotan, hala nola katalisi heterogeneoan, elektrokimikan, hidrogenoaren biltegiratzean eta fusio-erreaktoreetan. Taldearen jarduera metodologia berrien garapenean eta lehen printzipioetako egitura elektronikoaren kalkuluetan oinarritzen da, sistema konplexu horietako elkarrekintza-dinamika deskribatzeko. Arreta berezia eskaintzen zaio ekarpen ez-adiabatikoak eta parte hartzen duten energia-disipazioko kanalak deskribatzeko gai diren eredu teorikoen garapenari, dinamikaren emaitza goitik behera alda baitezakete. Gaur egungo ikerketen artean daude, halaber, argiak eragindako adsortzio-dinamikaren eta erreakzioen simulazioan eta analisian egindako aurrerapen metodologikoak, bai eta gas/solido interfazearen dinamika aztertzeko bereziki egokitutako ikaskuntza automatikoko estrategien erabilera ere.
GAINAZALETAKO FENOMENO KUANTIKOAK
“Gainazaletako Fenomeno Kuantikoak” taldearen jarduera funtzio espektral errealisten aberastasuna ezagutarazteko eskema konputazionalak garatzean oinarritzen da; Deung-Jang Choi doktorea da lan esperimentalaren buru, eta Nicolas Lorente doktorea, lan teorikoarena. Taldearen ikerketa-lerro nagusiak kitzikapen elektronikoak, bibrazionalak eta magnetikoak dira, bereziki gainazal solidoetako sistema molekular eta nanomagnetikoenak, erdieroaleetatik eta metaletatik hasi eta supereroaleetaraino. Azken urteotan, honako helburu hauek landu dira: (i) dentsitate-funtzionalaren teoriaren (DFT) erabilera gainazal-sistema desberdinen egitura geometrikoa eta elektronikoa ulertzeko, eta (ii) STM bidez behatutako fenomenoak ulertzeko teoria eta tratamendu numerikoen garapena.
NANOFISIKA LABORATEGIA
NanoPhysics Lab (NPL) taldeak in situ eta ex situ hazitako nanoegituren propietate estrukturalak, elektronikoak, magnetikoak eta kimikoak ikertzen ditu gainazalen zientzia esperimentalaren testuinguruan. NPLren helburua da material solidoen gainazalean gertatzen diren fenomeno garrantzitsuak baina oraindik ezezagunak aztertzea, hala nola gainazaleko erreakzio kimikoen eta katalisiaren maila atomikoko kontrola, 1D edo 2D material funtzionalen behetik gorako fabrikazioa (bottom-up), bai eta punta-puntako gailu teknologikoetan aplikazio potentziala duten geruza-material berrien hazkuntza ere. Taldeak atomikoki perfektuak diren materialen sintesia interes teknologiko eta industrialeko arazo praktikoetan aplikatzen du, egungo hiru gizarte-erronkarekin lerrokatuta: teknologia kuantikoak, doitasun molekularreko sentsore kimikoak eta energia berdeetarako katalizatzaileak.
NPLk gainazalen zientziako teknika oso sentikorren multzo osatu eta modernoenetako bat du, materialak eta nanoegiturak hazteko tresnekin konbinatuta, geruzaz geruzako hazkuntzatik gailuen fabrikaziora arte. Horrela, NPL laborategiak teknika anitzeko ultra-huts handiko ekipamendu ugari ditu bost laborategi-gelatan banatuta.
MODELIZAZIOA ETA SIMULAZIOA
“Modelizazioa eta Simulazioa” taldearen jarduera material konplexuen, gainazal garbi zein dekoratuen eta nanoegituren propietate elektroniko eta estrukturalen azterketa teorikoan zentratzen da. Honako helburu hauek ditu: (i) oinarrizko teoria eta ab initio simulazio-tresnak garatzea gailu nanoelektroniko desberdinen portaera aztertzeko, bereziki grafeno-eratorrietan oinarritutakoenak; (ii) interfaze organiko/ez-organiko konplexuen propietate optikoak aztertzea; (iii) nanoegitura desberdinen propietate magnetikoak aztertzea, dimentsio bakarreko sistemetatik hasi eta koordinazio-sareetara zein gainazaleko geruza anitzeko heteroegituretara arte; eta (iv) SIESTA kodearen garapena bultzatzen jarraitzea. Ikerketa-jarduera gehiena CFMko beste talde teoriko eta esperimentalekin lankidetza estuan egiten da, baita Euskal Herriko beste ikerketa-zentro batzuetako taldeekin ere.
ESPEKTROSKOPIA ESKALA ATOMIKOAN
“Espektroskopia Eskala Atomikoan” taldearen jarduera materialen ezaugarri estrukturalak eta espektroskopikoak tokiko eskalan aztertzera bideratuta dago, ekortze-tuneleko mikroskopia (STM) teknikak erabiliz. Jarduera honen helburuak honako hauek dira: (i) gainazaletako propietate elektroniko, magnetiko eta bibrazionaletan eragina duten mekanismoak ulertzea; (ii) gainazaletan sostengatutako nanoegituren garraio elektronikoa eta erreaktibotasun kimikoa aztertzea; (iii) talde funtzionalekin kobalenteki lotutako egitura konjugatuen eraketara bideratutako estrategia berriak ikertzea; eta (iv) geruza-materialetan sortzen diren bi dimentsioko propietateak aztertzea.
Ikerketa esperimentaleko jarduera tenperatura baxuko ekortze-zundako mikroskopio batean oinarritzen da; nanoegituren eta interfazeen egitura, propietate elektronikoak eta bibrazionalak eskala atomikoan korrelazionatzeko erabiltzen da. Interfazeen hazkuntza zein karakterizazioa ultra-huts handian eta 1 K-rainoko tenperaturetan egiten dira, ikuspegi metodologikotik erronka handia den baldintzetan.
Kitzikapen Elektronikoak Gainazaletan eta Nanoegituretan
“Kitzikapen Elektronikoak Gainazaletan eta Nanoegituretan” taldearen jarduera solidoen, gainazalen eta dimentsio baxuko sistemen propietate elektroniko eta magnetikoen azterketa teorikoari eskainita dago, bereziki tamaina nanometrikoko sistemetan arreta jarriz. Jarduera honen interes orokorrak honako hauek dira: (i) spinaren menpeko kitzikapen elektronikoak oxidoetan eta metaletan; (ii) egoera elektronikoak eta kitzikapenak isolatzaile topologikoetan; (iii) gorputz anitzen teoria elektroien bizitza-denboretarako; (iv) oinarrizko propietateak, hala nola energia-dispertsioa eta energia baxuko kitzikapen kolektibo berrien bizitza-denborak; eta (v) nanoegituren azterketak, hala nola grafenoaren antzeko bi dimentsioko materialak, eta silikato-kateak dituzten nanotutu ez-organikoak eta mineralak.
Azken urteotan, talde honek materialen propietate elektronikoak eta magnetikoak ikertu ditu lehen printzipioetako metodologiak erabiliz. Sistema desberdinetako elektroien dinamika ere aztertu da, prozesu ultralasterretan eta tamaina-efektuetan arreta berezia jarriz. Material aurreratuak, hala nola isolatzaile topologikoak eta zementuarekin lotutako sistemak, jarduera hauen egungo helburuak dira.
Materialen Teoria Kuantikoa
“Materialen Teoria Kuantikoa” taldearen jarduera materialen propietateak lehen printzipioetatik kalkulatzean eta ab initio teknika berriak garatzean oinarritzen da. Taldeak metodo teoriko berriak garatzen ditu ikuspegi teoriko estandarrei lotutako arazoak gainditzeko, bereziki elektroia-fonoi eta fonoi-fonoi elkarrekintzen deskribapen kuantikoa zehaztasun handiagoz egiteko. Teknika berri hauek material konplexuen propietate elektroniko eta bibrazionalak ulertzeko aplikatzen dira, bai eta propietate interesgarriak dituzten konposatu berriak erabat ab initio aurreikusteko ere.
Azken urteotan, taldeak honako hauek aztertzera bideratu ditu bere ahaleginak: (i) presio altuko hidrogenoan oinarritutako tenperatura altuko konposatu supereroaleak, bai eta hidrogenoa bera ere; (ii) material termoelektrikoak eta karga-dentsitateko uhinak dituztenak, bai solidoan bai geruza bakarrean, fase-diagrama eta garraio-propietateak karakterizatzeko asmoz; (iii) kitzikapen elektroniko kolektiboak metaletan; (iv) fonoi-polaritoiak; (v) sare optikoak; eta, azkenik, (vi) sistema biofisikoak.
Aitor Bergara, EHUko katedraduna, Jose María Pitarke, (CIC nanoGUNEko zuzendaria eta UPV/EHUko katedraduna) eta Ion Errea (UPV/EHUko irakasle titularra) ikertzaile iraunkor gisa ari dira talde honetan, gaur egun Ion Errearen zuzendaritzapean. Azken honek CFMren egoitzan kokatutako lantalde bat bildu du, “Errea Lab” berria osatuz.
FISIKA MESOSKOPIKOA
“Fisika Mesoskopikoa” taldearen jarduera nanoegituretako eta sistema mesoskopikoetako garraio kuantikoaren alderdi teorikoetan zentratzen da. Ikerketa nagusiak hainbat material eta egitura hartzen ditu barne, hala nola metalak, ferromagnetoak, erdieroaleak, supereroaleak, dimentsio baxuko sistemak eta materia topologikoa. Jarduera teorikoaz gain, taldeak lankide esperimentalen sare zabala du.
Azken urteotan, ikerketa-helburu hauetan jarri da arreta berezia: (i) tresna teorikoak garatzea spin-orbita akoplamendua, truke-eremuak eta supereroankortasuna duten sistema hibridoetan spinaren araberako garraioa aztertzeko; (ii) eskala nanometrikoko bero-garraio elektronikoa aztertzea; (iii) material supereroaleak sentsorikarako eta detekziorako erabiltzeko aukera aztertzea; eta (iv) funtzionalitate berriak dituzten gailu elektroniko eta espintronikoak diseinatzea.
NANO-BIO ESPEKTROSKOPIA
“Nano-bio Espektroskopia” taldea materia kondentsatuko propietate elektroniko eta estrukturalen teorian eta modelizazioan zentratzen da, bai eta kanpoko eremu elektromagnetikoen aurrean solidoek eta nanoegiturek duten erantzun elektronikoa ikertzeko tresna teoriko eta kode konputazional berriak garatzen ere. Egungo ikerketa-jarduerek gorputz anitzen teoriaren eta TDDFTren (denboraren menpeko dentsitate-funtzionalaren teoria) barruko garapen berriak hartzen dituzte barne. Espektroskopia optikoaren, denboran ebatzitako espektroskopien, STM/STS eta XAFS teknikaren deskribapen teorikoa ere jorratzen da. Garapen metodologikoen artean daude energia osoak kalkulatzeko teknika berriak, TDDFT kalkuluetarako truke- eta korrelazio-funtzionalen ebaluazioa zein garapena, eta garraioaren teoriaren hobekuntzak denbora errealeko TDDFT formalismoaren baitan.
SOUZA TALDEA
Talde honen jarduera materia kondentsatuaren oinarrizko teorian zentratzen da, lehen printzipioetatik abiatuta material aurreratuen propietateak aztertzeko teknika konputazionalak erabiliz. Taldeak jorratzen jarraitzen dituen jarduerak honako hauek dira: (i) simetrien hausturatik sortzen diren oinarrizko egoeraren, optikaren eta garraioaren fenomenoak aztertzea, hala nola denboraren alderantzikatzea (ordena magnetikoa) eta espazioaren inbertsioa; eta (ii) solidoen propietate elektronikoak fase geometrikoak eta lotutako kontzeptuak erabiliz deskribatzea.
Azken urteotan, lanak ikuspegi teoriko eta algoritmo berriak garatzea eta gaur egungo arazoetan aplikatzea ekarri du, eremu elektriko mugatuetan isolatzaileak aztertzeko metodoak barne, baita metalentzako Wannier orbital lokalizatuak eraikitzea ere. Era berean, arrakastaz aztertu dira solidoetako ordena magnetiko kolektiboaren eta atomo osagaien barruko spin-orbita elkarrekintzaren arteko eraginaren ondorioz sortzen diren fenomenoak.
ZEMENTUAN OINARRITUTAKO ETA ZERAMIKAZKO MATERIALAK
Taldeak zementuan oinarritutako eta zeramikazko materialen hainbat propietate ikertzen ditu, bai esperimentalki bai teorikoki. Diziplina desberdinetako ezagutzak konbinatuz —hala nola egoera solidoaren fisika, materia bigunaren fisika, geokimika eta ingeniaritza kimikoa—, “Zementuan Oinarritutako eta Zeramikazko Materialak” taldea CO2 aztarna txikiagoa duten zeramika eta zementu-material berrien diseinu konputazionalean eta sintesian zentratzen da.
Taldearen hasierako helburuak honako hauek dira: (i) simulazio atomistikoak eta koloidala erabiltzea zementuan oinarritutako materialen egitura eta propietateak aztertzeko; (ii) nanopartikula zeramikoen sintesi ultralasterrerako fluido hidrotermaletan eta superkritikoetan (FSC) teknologia berriak ezartzea; (iii) autoklabeen edo mikrouhinen bidez sinterizazio-metodologia berriak garatzea, energia-aurrezpen nabarmena eta CO2 isurien murrizketa zorrotza ahalbidetuz; eta (iv) zementuan oinarritutako materialetatik eratorritako energia biltegiratzeko irtenbideak garatzea, bai biltegiratze kimikoko aplikazioak (bateriak) bai biltegiratze termikoko sistemak (TES).
SOLIDOETAKO KITZIKAPEN ELEKTRONIKO ETA OPTIKOEN TEORIA
Taldearen ikerketa gaur egungo intereseko materialen propietateetan zentratzen da, besteak beste erdieroaleen erantzun optiko ez-linealean, kitzikapen elektroniko kolektiboetan eta dimentsio baxuko sistemen portaera magnetikoan (adibidez, adatomo isolatuak). Sistema horiek lehen printzipioetatik karakterizatzeko, dentsitate-funtzionalaren teoria ezartzen duten puntako software-paketeak erabiltzen ditugu oro har. Ezaugarri exotikoagoak aztertzeko, gure algoritmo eta ikuspegi teoriko propioak garatzen ditugu, askotan k·p eta lotura sendoko (tight-binding) ereduak erabiliz.
NANOFOTONIKAREN TEORIA
“Nanofotonikaren Teoria” taldearen jarduera erradiazio elektromagnetikoaren eta material nanoegituratuen arteko elkarrekintzaren azterketa teorikoari eskainita dago. Taldearen ikerketa-jarduera plasmoien, puntu kuantikoen eta nanoegitura dielektrikoen kitzikapenaren azterketa teorikoan zentratzen da, hainbat mikroskopia- eta espektroskopia-konfigurazioren testuinguruan: Eremu Iluneko Mikroskopia (DFM), barreiatze-motako Eremu Gertuko Ekortze-Mikroskopia Optikoa (s-SNOM), Elektroien Energia Galeraren Espektroskopia (EELS), Ekortze-Tuneleko Mikroskopia (STM), Gainazalak Anplifikatutako Raman Barreiatzea (SERS), Gainazalak Anplifikatutako Infragorri Xurgapena (SEIRA) eta Gainazalak Anplifikatutako Fluoreszentzia (SEF), besteak beste.
Azken urteotan, taldeak honako helburu espezifiko hauek landu ditu: (i) elektroien gasaren kitzikapen kolektiboak (plasmoiak) ulertzea eta karakterizatzea hainbat espektroskopia- eta mikroskopia-teknikatan; (ii) nanoegitura metalikoak eremu elektromagnetikoaren anplifikatzaile eta kontzentratzaile gisa aztertzea; (iii) barreiatze-motako eremu gertuko mikroskopio optikoarekin lortutako irudiak hobeto interpretatzeko eta deskribatzeko protokoloak eta ereduak garatzea; (iv) elektroien eta materiaren arteko elkarrekintza aztertzea eta baliatzea nanoeskalan espektroskopia-paradigma berriak garatzeko; (v) kitzikapen plasmoniko bat osatzen duten elektroien izaera koherentearen ondoriozko efektu kuantikoak deskribatzea; (vi) nanoegitura dielektrikoen jarduera magnetikoa maiztasun optikoetan aztertzea; (vii) informazio-teknologia kuantikoetan erabiliko diren igorleen dinamika eta akoplamendua karakterizatzea; eta (viii) optomekanika molekularreko ez-linealtasunak eta efektu kolektiboak jorratzea.
NANOMATERIALAK ETA ESPEKTROSKOPIA
“Nanomaterialak eta Espektroskopia” taldearen jarduera nanoeskalako unitate funtzionalen espektroskopiaren eta aplikazio fotonikoen azterketa esperimentalean zentratzen da, erdieroaleen puntu kuantikoak eta hari kuantikoak, metalezko nanopartikulak eta nanoantenak, bai eta nano-sistema hibrido organiko/ez-organikoak barne hartuz. Nanofotonikako laborategi batek, non fluoreszentzia-igorpenaren espektroskopian oinarritutako bizitza-denboraren mikroskopia funtsezko ekipamendua den, ahalbidetzen du jarduera hau.
Azken urteotan, gai honi buruzko ikerketak honako helburu espezifiko hauek izan ditu xede: (i) material nanohibrido berriak garatzea nanoeskalako eraikuntza-blokeak erabiliz; (ii) argiaren eta nanoeskalako sistemen arteko elkarrekintza ikertzea; (iii) nanoegituretan energia-transferentzia eta -bihurketa esperimentalki aztertzea puntu kuantiko edo molekula bakar baten mailaraino; eta (iv) ikuspegi esperimental berriak garatzea nanoeskalan argiarekin kontrolatzeko, manipulatzeko eta zundatzeko.
Laserren Fisika eta Material Fotonikoak
“Laserren Fisika eta Material Fotonikoak” taldearen jarduerak ikerketa-ahalegin gehienak optoelektronikaren (argi-anplifikadoreak, laserrak, argi-bihurgailuak, laser bidezko hozgarriak…) eta biomedikuntzaren (trazatzaile optiko nanoegituratuak, 3D irudi multiespektralak, sentsoreak) alorrean aplikazio potentziala duten material fotoniko berrietan argi-materia elkarrekintza-prozesuak aztertzera bideratzen ditu.
Azken urteotan, honako helburu espezifiko hauek lortu nahi izan dira: (i) optika integratuko aplikazioetarako lur arraroekin dopatutako beira-zeramikak ikertzea; (ii) aplikazio optoelektroniko eta biomedikoetarako koloratzailez dopatutako material hibrido mikro/nanoegituratuetan laser-igorpeneko prozesuak aztertzea; (iii) aplikazio biomedikoetarako material eutektiko berriak sintetizatzea eta garatzea; (iv) infragorriko ausazko laserretarako lur arraroekin dopatutako hauts dielektriko mikro/nanokristalinoetan argia sortzea esperimentalki eta teorikoki aztertzea; (v) lur arraroekin dopatutako material mikro/nanoegituratuetan laser bidez induzitutako hoztea aztertzea; eta (vi) femtosegundo-laser bat erabiliz uhin-gida optikoak grabatzeko sistema bat diseinatzea eta prestatzea.
NANOFOTONIKA KUANTIKOAREN LABORATEGIA
Nanofotonika Kuantikoaren Laborategia zientzialari-talde batek osatzen du, argi kuantikoaren eta materiaren arteko elkarrekintzen fisika nanoeskalan ezagutzera emateko lanean diharduena. Taldeak argiaren egoera exotikoekin esperimentatzen du, hala nola fotoi bakarreko egoerekin, fotoi korapilatuekin edo argi-egoera estutuekin (squeezed states), eta egitura oso txikiekin elkarrekintzan jartzera behartzen ditu, nanopartikulen ezaugarri kuantikoak kontrolatzeko asmoz argiarekin duten elkarrekintza baliatuz. Horrek aukera ematen du doitasun kuantiko hobetuko sentsoreak diseinatzeko, informazioaren prozesamendua hobetzeko eta, batez ere, ezagutzaren mugak gainditzeko zein gure jakin-mina pizteko.
2018aren hasieran sortua, ordutik hainbat teknika esperimental barne hartzeko hedatu da, besteak beste argi klasiko eta kuantikoarekin egindako espektroskopia optikoa, argi-iturri kuantikoen garapena, nanoegituren kontrol kuantikoa, pintza optikoak eta lebitazio optikoa.
Gaur egun, laborategiak hiru mahai optiko, optikoki bideragarria den ziklo itxiko kriostato bat, laser-iturri sintonizagarrien multzo bat eta pintza optikoen plataforma bat ditu, beste ekipamendu optiko batzuen artean.
POLIMEROAK ETA MATERIA BIGUNA
Talde honen jarduera-programaren helburu zientifiko orokorra da konplexutasun gero eta handiagoko materialetan (polimeroetan, beira eratzen duten likidoetan eta materia bigunean oinarrituta) egituraren eta dinamikaren arteko elkarreragina oinarritik ulertzea espazio- eta denbora-eskala desberdinetan (mikro, nano, meso, makro); bereziki: arkitektura desberdineko polimeroak, kate bakarreko nanopartikula polimerikoak, osagai anitzeko sistemak, nanoegituratuak eta biopolimeroak. Material horiek dinamika eta erreologia konplexuak dituzte, eta, kasu askotan, erlaxazio hierarkikoak erakusten dituzte denbora- eta luzera-eskala askotan zehar, argitu beharrekoak direnak. Horrek, aldi berean, azken materialen prozesamenduan eta propietateetan eragiten du. Hainbat aplikazio teknologikotarako material eta prozesu egokiak modu arrazionalean diseinatzeko, ezinbestekoa da egituraren eta dinamikaren arteko elkarreragina zehatz-mehatz ezagutzea luzera- eta denbora-eskala desberdinetan.
Polimeroen fisika klasikotik, materia bigunaren fisikatik eta materia kondentsatuaren fisikatik inspiratuta, Polimeroak eta Materia Biguna taldeak metodologia sendo eta aitzindaria garatu du azken urteotan programa hau aurrera eramateko. Metodologia hori erlaxazio-teknika esperimental desberdinak neutroien, X izpien eta argiaren barreiatze-metodoekin, dinamika molekularreko simulazioekin eta polimeroetara bideratutako sintesi kimikoarekin konbinatzean oinarritzen da. Taldearen antolakuntza, hain zuzen ere, metodologia honek bultzatzen du, eta taldeko langileak (CSICeko, UPV/EHUko eta Ikerbasqueko zientzialariak) teknika/metodo desberdinetako adituek osatzen dituzte, guztiak une bakoitzean zehaztutako helburu zientifikoetan parte hartuz.
IZPI KUANTIKOAK ETA KONPUTAZIOA MATERIAL JASANGARRIETARAKO
“Izpi Kuantikoak eta Konputazioa Material Jasangarrietarako” taldeak izpi kuantikoak, teoria eta simulazioa uztartzen dituen askotariko ikuspegia erabiltzen du energia-aplikazioetarako, nanoelektronikarako eta argiztapenerako material funtzional jasangarri berrien egitura eta propietateak aztertzeko eta ulertzeko.