Documento 5796359

http://lbtuam.es/ (Teaching)
Isabel Guillamón (isabel.guillamon@uam.es)
Física de la Materia Condensada C-III
Índice
Objetivos
Metodología
Evaluación
Calendario
Experimentos propuestos
Física de la Materia Condensada C-III
Objetivos
El método experimental en la investigación en Física
de la Materia Condensada.
Realización de un experimento, de forma similar a la
investigación real.
Presentación del trabajo realizado. Adquirir destrezas
para la transmisión del conocimiento científico.
Física de la Materia Condensada C-III
Metodología
Realización de un solo experimento (amplio),
ilustrativo de las técnicas y los métodos de Física de la
Materia Condensada.
Grupos de dos personas para fomentar trabajo en
equipo y discusión científica.
Cada grupo, que lleva a cabo un experimento diferente,
y tiene asignado un tutor.
Horario: Dos días a la semana en horario de mañana
(11:30-13:30) o de tarde (14:30-16:30).
Física de la Materia Condensada C-III
Evaluación
Actividad realizada durante el curso, evaluada por el
tutor.
Cada grupo: redacción de un informe sobre la
actividad desarrollada y análisis de los resultados
científicos. La extensión del informe no será superior a
siete páginas.
Individualmente: Exposición oral breve del informe.
Física de la Materia Condensada C-III
Tutores de la asignatura
Gabino Rubio
gabino.rubio@uam.es
Miguel Ángel Ramos
miguel.ramos@uam.es
Isabel Guillamón
isabel.guillamon@uam.es
Hermann Suderow
Nicolás Agrait
Sebastián Vieira
José Gabriel Rodrigo
Física de la Materia Condensada C-III
Conocimientos previos
Se recomienda cursar esta asignatura durante 4º curso.
Conocimientos básicos de:
Física cuántica.
Física del estado sólido.
Termodinámica.
Electromagnetismo.
El énfasis está en el método experimental.
La profundidad con que se interpreta el resultado
experimental se acopla a los conocimientos del alumno.
Física de la Materia Condensada C-III
Experimentos propuestos
En general los experimentos se llevan a cabo a bajas
temperaturas (T>1,5 K),
lo que permite estudiar sistemas en el estado
superconductor o superfluído.
Se adquirirán conocimientos en técnicas muy
empleadas hoy en día:
Criogenia, hasta T=1,5 K.
Alto Vacío, hasta 10-9 atmósferas.
Física de la Materia Condensada C-III
Calendario
Más información
Isabel Guillamón (isabel.guillamon@uam.es)
Modulo C-3, Despacho 615
Física de la Materia Condensada C-III
Calendario
Breve introdución a las técnicas experimentales:
Técnicas de vacío
Criogenia
Física de la Materia Condensada C-III
Calendario
Realización de un experimento amplio:
Grupo de dos/tres personas.
Un tutor asignado a cada grupo.
Física de la Materia Condensada C-III
Calendario
Preparación de un breve informe y una presentación:
Con la ayuda y supervisión del tutor (no es un
examen).
Física de la Materia Condensada C-III
Experimentos
STM: Microscopía de efecto túnel.
Transporte electrónico en el régimen cuántico.
AFM: Microscopía de fuerzas atómicas.
Efecto túnel entre metales en el estado superconductor.
Propagación del segundo sonido en helio superfluído.
Transición de fase al estado superconductor de cerámicas
de alta temperatura crítica.
Calor específico en la transición al estado superconductor.
Susceptibilidad magnética a bajas temperaturas.
Crecimiento de muestras monocristalinas.
Física de la Materia Condensada C-III
STM: microscopía de efecto túnel
Nobel 1986, Binnig, Rohrer.
Caracterización manipulación de superficies a escala
nanométrica, hasta de átomos individuales.
Efecto túnel cuántico
microscopio STM
imágenes de átomos individuales
Experimento: Obtención de imágenes con resolución atómica de átomos de carbono
Física de la Materia Condensada C-III
Transporte electrónico a través
de nanoestructuras (STM)
Fabricación de cadenas atómicas entre metales (mediante un STM).
Transporte electrónico en el régimen cuántico coherente. Conductancia G0=2e2/h.
Experimento: fabricación de cadenas atómicas y medida de propiedades de transporte
electrónico mediante STM.
Física de la Materia Condensada C-III
Segundo sonido en Helio en estado
superfluído (T<2.16 K)
Nobel 1962 Landau, Nobel 1978 Kapitza
Nobel 1996 Lee, Osheroff, Richardson (Helio-3)
Superfluído: flujo sin rozamiento. Sucede (sólo) en el Helio líquido para temperaturas
inferiores a 2,16 K.
Segundo Sonido: ondas de entropía. Su velocidad depende de la temperatura.
Experimento: medida de la velocidad de propagación del segundo sonido mediante
técnicas asociadas al tiempo de vuelo y a ondas estacionarias.
Física de la Materia Condensada C-III
Cambios de fase: transición al
estado superconductor (T=1,5 K)
Estado superconductor: cambio de fase (T<Tc) debido
a la formación de pares de electrones ligados en
metales (pares de Cooper).
• Flujo de corriente eléctrica sin resistencia
• Efecto Meissner: expulsión del
campo magnético.
Experimento: Medida de susceptibilidad magnética en MgB2 (Helio)
Física de la Materia Condensada C-III
Efecto túnel en el estado
superconductor
Uniones túnel
Nobel 1973, Giaever, Josephson.
Good luck in your continued research,
my most important discovery was that
research is both exciting and fun, and
looks like you have discovered that
already.
Best regards,
Ivar Giaever
Experimento: fabricación de uniones túnel y medida del transporte electrónico.
Física de la Materia Condensada C-III
Superconductores de alta
temperatura crítica.
Nobel 1987: Bednorz, Müller.
Cerámicas de YBaCuO; transitan al estado superconductor T<80 K.
Estado superconductor:
Flujo de corriente eléctrica sin resistencia.
Expulsión del campo magnético (efecto Meissner) -> levitación magnética.
Levitación de un imán
sobre YBaCuO a 77 K.
Experimento: medida de la caída de resistencia eléctrica y efecto Meissner en la
transición del YBaCuO al estado superconductor.
Física de la Materia Condensada C-III
Síntesis y caracterización de
monocristales superconductores
Crecimiento de monocristales usando el método de
crecimiento por exceso de flujo
• Caracterización por medidas
de resistividad y susceptibilidad
en He.
Experimento: Crecimiento de monocristales (P.C.Canfield) y su estudio
Física de la Materia Condensada C-III
Calorimetría mediante un
refrigerador de Stirling
Experimentos criogénicos “secos”. Estudios de
transición de fase en medidas del calor específico
• Transiciones de fase en medidas del
calor específico
Experimento: Transición ferroeléctrica en KDP [M R Osorio et al 2012 Eur. J. Phys. 33 757]
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Isabel Guillamón (isabel.guillamon@uam.es)