Person:
Baba, Yuriko Caterina

First Name

Yuriko Caterina

Last Name

Baba

URI

https://hdl.handle.net/20.500.14352/85368

Affiliation

Universidad Complutense de Madrid

Faculty / Institute

Ciencias Físicas

Department

Física de Materiales

Identifiers

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Project number: 207
Física de la Materia Condensada: de los contenidos docentes a su aplicación en tareas de investigación en el postgrado
(2020) Díaz García, Elena; Domínguez-Adame Acosta, Francisco; Díaz Fernández, Álvaro; Baba, Yuriko Caterina
La Física de la Materia Condensada trata del estudio de aquellos fenómenos que surgen de la consideración de un elevado número de partículas en interacción. Comprende, por tanto, el estudio de la materia que nos rodea, dando lugar al descubrimiento de fenómenos que han tenido un impacto sin precedentes en nuestra sociedad actual. De hecho, un elevado número de premios Nobel de Física se han otorgado a estudios relacionados con esta materia. El caso quizá más conocido por todos es el transistor, que es la base de toda la tecnología actual, por el que se concedió el premio Nobel de Física en 1956 a Shockley, Bardeen y Brattain. Más recientemente, el descubrimiento del grafeno, por el cual se concedió el Nobel de Física en 2010 a Geim y Novoselov, ha supuesto una revolución mundial por sus propiedades físicas que hoy en día se siguen investigando por su potencial en aplicaciones. Además, el fenómeno de emergencia en la Física de la Materia Condensada da lugar a la formación de fases exóticas de la materia, más allá de los sólidos y los líquidos convencionales, como por ejemplo son los superconductores y las fases topológicas de la materia. En consecuencia, existen inversiones millonarias a nivel europeo y mundial que buscan acelerar la investigación en nuevos materiales y así alcanzar en un futuro próximo todas aquellas aplicaciones novedosas que se esperan, como por ejemplo la tan ansiada computación cuántica. En la Facultad de Ciencias Físicas de la Universidad Complutense, el número de asignaturas dedicadas al estudio de la Física de la Materia Condensada en el Grado y el Máster es limitado a una única asignatura por etapa. Con tan poco volumen de asignaturas es imposible encontrar ocasión para presentar a los alumnos los últimos avances en el campo o, incluso, describir con detalle aquellos fenómenos cuya relevancia en la Física actual es de capital importancia. En este Proyecto INNOVA-Docencia hemos pretendido complementar la oferta de contenidos relacionados con Física de la Materia Condensada del Grado en Física organizando una serie de seminarios englobados en las Jornadas Últimos Avances en Física de la Materia Condensada. Estas Jornadas tienen un doble objetivo docente. Por una parte, pretenden que nuestros alumnos se familiaricen con los temas de investigación más recientes y punteros del área. Por otra parte, también buscan promover que muchos más alumnos y alumnas decidan iniciar una carrera investigadora en esta área.
Project number: 140
Propuesta de una nueva metodología para la enseñanza de la física de la materia condensada: clase semipresencial con formato de taller
(2022) Domínguez-Adame Acosta, Francisco; Díaz García, Elena; Chico Gómez, Leonor María; Relaño Pérez, Armando; Díaz Fernández, Álvaro; Molina Fernández, Rafael Alejandro; Baba, Yuriko Caterina; López Corps, Ángel
En este Proyecto INNOVA-Docencia hemos pretendido superar estas limitaciones académicas de las asignaturas tradicionales de grado y máster. Para ello, se ha llevado a cabo la implementación, el desarrollo y el análisis de resultados de la clase semipresencial con formato de taller, particularizada a la docencia de la FMC. Partimos del convencimiento de que este estudio es necesario incluso en el futuro, cuando la crisis sanitaria se haya superado. La UCM está haciendo ya un esfuerzo considerable para ofrecer cursos virtuales o que requieran poca presencialidad.
Rashba coupling and spin switching through surface states of Dirac semimetals
(New journal of physics, 2021) Baba, Yuriko Caterina; Domínguez-Adame Acosta, Francisco; Platero, Gloria; Molina, Rafael A.
We study the effect of the Rashba spin-orbit coupling on the Fermi arcs of topological Dirac semimetals. The Rashba coupling is induced by breaking the inversion symmetry at the surface. Remarkably, this coupling could be enhanced by the interaction with the substrate and controlled by an external electric field. We study analytically and numerically the rotation of the spin of the surface states as a function of the electron's momentum and the coupling strength. Furthermore, a detailed analysis of the spin-dependent two-terminal conductance is presented in the clean limit and with the addition of a random distribution of impurities. Depending on the magnitude of the quadratic terms in the Hamiltonian, the spin-flip conductance may become dominant, thus showing the potential of the system for spintronic applications, since the effect is robust even in the presence of disorder.
Many-impurity scattering on the surface of a topological insulator
(Scientific reports, 2021) Hernando Grande, Antonio; Baba, Yuriko Caterina; Díaz García, Elena; Domínguez-Adame Acosta, Francisco
We theoretically address the impact of a random distribution of non-magnetic impurities on the electron states formed at the surface of a topological insulator. The interaction of electrons with the impurities is accounted for by a separable pseudo-potential method that allows us to obtain closed expressions for the density of states. Spectral properties of surface states are assessed by means of the Green's function averaged over disorder realisations. For comparison purposes, the configurationally averaged Green's function is calculated by means of two different self-consistent methods, namely the self-consistent Born approximation (SCBA) and the coherent potential approximation (CPA). The latter is often regarded as the best single-site theory for the study of the spectral properties of disordered systems. However, although a large number of works employ the SCBA for the analysis of many-impurity scattering on the surface of a topological insulator, CPA studies of the same problem are scarce in the literature. In this work, we find that the SCBA overestimates the impact of the random distribution of impurities on the spectral properties of surface states compared to the CPA predictions. The difference is more pronounced when increasing the magnitude of the disorder.
Project number: 158
Hacia una formación integral en el Programa de Doctorado en Física
(2023) Domínguez-Adame Acosta, Francisco; Méndez Martín, María Bianchi; Nogales Díaz, Emilio; Hidalgo Alcalde, Pedro; Quereda Bernabeu, Jorge; Baba, Yuriko Caterina; Rodriguez Fernandez, Beatriz
El principal objetivo de la propuesta es promover nuevas vías de formación de doctorandos en aspectos para los cuales rara vez se incide en los diversos Programas de Doctorado. Los resultados esperados son (i) Mejora de la metodología de formación de doctorandos por parte de los profesores del Programa de Doctorado en Física, bajo el auspicio de la Comisión Académica del Programa, con énfasis en la difusión de sus resultados científicos. (ii) Establecimiento de las bases para organizar actividades formativas transversales similares y de interés para otros Programas de Doctorado del área de Ciencias Experimentales, bajo los auspicios de la Escuela de Doctorado de la Universidad Complutense.
Project number: 23
Modernización de contenidos en asignaturas de Física de la Materia Condensada
(2019) Domínguez-Adame Acosta, Francisco; Díaz García, Elena; Díaz Fernández, Álvaro; Baba, Yuriko Caterina
El principal objetivo de este Proyecto INNOVA-Docencia es el estudio, análisis y posterior elevación de propuestas para la mejora de la docencia de la Física de la Materia Condensada. Para ello, varios profesores y estudiantes de la Facultad de Ciencias Físicas hemos diseñado, organizado y llevado a cabo las Jornadas Últimos Avances en Física de la Materia Condensada. Se ha elaborado una encuesta para los estudiantes que han participado en las Jornadas. El análisis de los resultados ha permitido elaborar un libro blanco que se ha hecho llegar a los miembros del Departamento de Física de Materiales para su conocimiento y discusión.
Tailoring topological states of core-shell nanoparticles
(Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures, 2022) Martínez Strasser, Carolina; Baba, Yuriko Caterina; Díaz Fernández, Álvaro; Domínguez-Adame Acosta, Francisco
In this work we investigate novel spherical core-shell nanoparticles with band inversion. The core and the embedding medium are normal semiconductors while the shell material is assumed to be a topological insulator. The envelope functions are found to satisfy a Dirac-like equation that can be solved in a closed form. The core-shell nanoparticle supports midgap bound states located at both interfaces due to band inversion. These states are robust since they are topologically protected. The energy spectrum presents mirror symmetry due to the chiral symmetry of the Dirac-like Hamiltonian. As a major result, we show that the thickness of the shell acts as an additional parameter for the fine tuning of the energy levels, which paves the way for electronics and optoelectronics applications.
Impact of electron-electron interactions on the thermoelectric efficiency of graphene quantum point contacts
(Physical review B, 2022) Sánchez Ramírez, Irián; Baba, Yuriko Caterina; Chico Gómez, Leonor María; Domínguez-Adame Acosta, Francisco
Thermoelectric materials enable us to harness dissipated energy and make electronic devices less energydemanding. Heat-to-electricity conversion requires materials with a strongly suppressed thermal conductivity but still high electronic conduction. This goal is largely achieved with the help of nanostructured materials, even if the bulk counterpart is not highly efficient. In this work, we investigate how thermoelectric efficiency is enhanced by many-body effects in graphene nanoribbons at low temperature. To this end, starting from the Kane-Mele-Hubbard model within a mean-field approximation, we carry out an extensive numerical study of the impact of electron-electron interactions on the thermoelectric efficiency of graphene nanoribbons with armchair or zigzag edges. We consider two different regimes, namely trivial and topological insulators. We find that electron-electron interactions are crucial for the appearance of interference phenomena that give rise to an enhancement of the thermoelectric efficiency of the nanoribbons. Lastly, we also propose an experimental setup that would help to test the validity of our conclusions.
Persistence of symmetry-protected Dirac points at the surface of the topological crystalline insulator SnTe upon impurity doping
(Nanoscale, 2022) Arroyo Gascón, Olga; Baba, Yuriko Caterina; Cerdá, Jorge; Abril, Óscar de; Martínez, Ruth; Domínguez-Adame Acosta, Francisco; Chico, Leonor
We investigate the effect of a non-magnetic donor impurity located at the surface of the SnTe topological crystalline insulator. In particular, the changes on the surface states due to a Sb impurity atom are analyzed by means of ab initio simulations of pristine and impurity-doped SnTe. Both semi-infinite and slab geometries are considered within the first-principles approach. Furthermore, minimal and Green's function continuum models are proposed with the same goal. We find that the Dirac cones are shifted down in energy upon doping; this shift strongly depends on the position of the impurity with respect to the surface. In addition, we observe that the width of the impurity band presents an even-odd behavior by varying the position of the impurity. This behavior is related to the position of the nodes of the wave function with respect to the surface, and hence it is a manifestation of confinement effects. We compare slab and semi-infinite geometries within the ab initio approach, demonstrating that the surface states remain gapless and their spin textures are unaltered in the doped semi-infinite system. In the slab geometry, a gap opens due to hybridization of the states localized at opposite surfaces. Finally, by means of a continuum model, we extrapolate our results to arbitrary positions of the impurity, clearly showing a non-monotonic behavior of the Dirac cone.
Correction: persistence of symmetry-protected Dirac points at the surface of the topological crystalline insulator SnTe upon impurity doping
(Nanoscale, 2023) Arroyo Gascón, Olga; Baba, Yuriko Caterina; Cerdá, Jorge I.; Abril, Óscar de; Martínez Casado, María Ruth; Domínguez-Adame Acosta, Francisco; Chico Gómez, Leonor María