TÍTULO: “Ver el Universo a través de los electrones en los sólidos”
ORADOR y AFILIACIÓN: Dr. Andrés Santander-Syro – Professor Université Paris-Saclay, Institut des Sciences Moléculaires d’Orsay (ISMO), Francia.
RESUMEN:
Muchos problemas interesantes y aún no resueltos de la física, a todas las escalas del Universo, tienen una cosa en común: tratan con sistemas compuestos por muchos fermiones que interactúan fuertemente. Pensemos en los quarks confinados dentro de un nucleón, o los protones y neutrones en núcleos pesados, o los quarks en estrellas de neutrones densas. Pues resulta que varias clases de materiales, muchos de ellos presentes en nuestra vida diaria, también contienen electrones que interactúan fuertemente entre ellos, a veces en conjunción con condiciones de contorno que confinan a los electrones en dos o una dimensión. Estas fuertes correlaciones electrónicas dan lugar a numerosas transiciones de fase y estados exóticos de la materia, a menudo poco comprendidos, que presentan propiedades macroscópicas notables, como las transiciones de metal a aislante, la magnetorresistencia gigante, o la superconductividad a alta temperatura. Esto se ilustra en la figura más abajo, panel izquierdo, para un superconductor de óxido de cobre.
En la primera parte de esta charla, presentaré el problema general de los fermiones que interactúan fuertemente, y mostraré cómo surgen esas interacciones fuertes entre electrones en algunos tipos de materiales. Analizaré las consecuencias observadas de dicho comportamiento, su relación con otros problemas de la física (por ejemplo, el diagrama de fase de los quarks, panel central en la figura) y sus posibles aplicaciones.
Posteriormente, mostraré cómo se pueden estudiar experimentalmente los estados electrónicos en dichos materiales, es decir, cómo podemos medir las auto-energías de su ecuación de Schrödinger, incluso si nadie sabe todavía cómo calcularlas. A continuación, analizaré la aplicación de esta técnica al caso de un problema emblemático de la Física de la Materia Condensada moderna, a saber, la “transición metal-aislante de Mott”. De hecho, en el “Modelo estándar de la Física de la Materia Condensada”, metal o aislante son estados de la materia mutuamente excluyentes. Por lo tanto, la existencia misma de una transición entre ambos estados es un fenómeno fundamental cuya comprensión ha sido un desafío durante más de 50 años. Nuestras mediciones recientes revelaron la “transmutación” de los electrones itinerantes en el estado metálico en partículas de tipo localizado en el estado aislante, demostrando cómo el aumento de las correlaciones electrónicas puede cambiar fundamentalmente la naturaleza microscópica de un sistema.
Sistemas de fermiones fuertemente correlacionados. A la izquierda, diagrama de fase genérico (temperatura frente al potencial químico de los electrones) de un superconductor de óxido de cobre de alta temperatura, que muestra las fases antiferromagnética (AF), pseudogap, vidrio de espín (SG), superconductora (SC), líquido de Fermi y no-líquido de Fermi. En el medio, diagrama de fase hipotético (temperatura frente al potencial químico) de los quarks, según la cromodinámica cuántica (cortesía de Andreas Ipp, TU-Wien). A la derecha, evolución experimental de las energías electrónicas entre los estados metálico e aislante en una muestra de óxido de vanadio (M. Thees et al., Science Advances 2022).
MINI-BIO DEL ORADOR:
El profesor Andrés Felipe Santander-Syro ha hecho contribuciones significativas a la comprensión de la estructura electrónica y el comportamiento de los electrones en sistemas de electrones correlacionados y materiales cuánticos. Por ejemplo, su descubrimiento y trabajo sobre el gas de electrones bidimensional en la superficie de SrTiO3 (Nature 2011), ha sido fundamental en el campo de la electrónica de óxidos. La investigación del profesor Santander-Syro se extiende al estudio de la superconductividad (dependencia del momento del gap superconductor en cupratos y arseniuros de hierro dopados con electrones), óxidos funcionales (estudio de la interacción entre la estructura electrónica y el magnetismo en los sistemas de electrones 2D en la superficie de óxidos funcionales), materiales topológicos o sistemas de fermiones pesados(estudio de la estructura electrónica y simetrías del parámetro de orden en la transición de “orden oculto” en URu2Si2). Recientemente, su investigación se ha centrado en el estudio de la estructura electrónica de la transición metal-aislante, uno de los problemas abiertos más fundamentales en Física de la Materia Condensada. Para su trabajo, el Prof. Santander-Syro utiliza la espectroscopia de fotoemisión con resolución angular.
INFORMACIÓN DEL COLOQUIO IB
Viernes 08/11, 14.30hs.
Duración aproximada: 45 min de exposición y luego se habilita un tiempo para preguntas.
LUGAR Y E-LUGAR:
Salón de Actos del Instituto Balseiro. Av. Bustillo km 9,5, San Carlos de Bariloche.
Transmisión en vivo por el canal de YouTube “Instituto Balseiro Coloquios”: https://bit.ly/balseirocoloquios
Contacto: coloquios@ib.edu.ar