Person:
Díaz Fernández, Álvaro

First Name

Álvaro

Last Name

Díaz Fernández

URI

https://hdl.handle.net/20.500.14352/86996

Affiliation

Universidad Complutense de Madrid

Faculty / Institute

Ciencias Físicas

Department

Física de Materiales

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Project number: 23
Modernización de contenidos en asignaturas de Física de la Materia Condensada
(2019) Dominguez-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; 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.
Manipulation of Majorana bound states in proximity to a quantum ring with Rashba coupling
(Scientific reports, 2022) Medina, Fabián Gonzalo; Martínez, Dunkan; Díaz Fernández, Álvaro; Domínguez-Adame Acosta, Francisco; Rosales, Luis; Orellana, Pedro A.
The quest for Majorana zero modes in the laboratory is an active field of research in condensed matter physics. In this regard, there have been many theoretical proposals; however, their experimental detection remains elusive. In this article, we present a realistic setting by considering a quantum ring with Rashba spin-orbit coupling and threaded by a magnetic flux, in contact with a topological superconducting nanowire. We focus on spin-polarized persistent currents to assess the existence of Majorana zero modes. We find that the Rashba spin-orbit coupling allows for tuning the position of the zero energy crossings in the flux parameter space and has sizable effects on spin-polarized persistent currents. We believe that our results will contribute towards probing the existence of Majorana zero modes.
Electron scattering by magnetic impurity in Weyl semimetals
(New journal of physics, 2021) Díaz Fernández, Álvaro; Domínguez-Adame Acosta, Francisco; Abril, Óscar de
Weyl semimetals are prominent examples of topologically protected quantum matter. These materials are the three-dimensional counterparts of graphene and great efforts are being devoted to achieve a thorough understanding of their fundamental physics. In this work, we aim at contributing to this end by discussing the effect of a single magnetic impurity in Weyl semimetals as a first step towards considering a larger number of point-like impurities. We find that resonances appear in the local density of states (LDOS) with a Friedel-like behaviour, oscillating as a function of distance. By studying the spin-resolved LDOS, we can observe non-trivial and anisotropic spin textures where the spin components perpendicular to the spin of the impurity wind around the latter, until the spin becomes completely parallel to the impurity right at the impurity's location. Friedel oscillations also play a relevant role in the form of the spin textures, forming an oscillatory pattern. We believe our results can pave the way to further studies which consider the presence of a large number of random magnetic impurities.
Reshaping of Dirac Cones in topological insulators and Graphene
(2019) Díaz Fernández, Álvaro; Domínguez-Adame Acosta, Francisco; Díaz García, Elena
Quantum mechanics was in all its splendour at the beginning of the twentieth century with the great minds of Schrödinger, Heisenberg, Dirac, Pauli and many others. The concepts introduced by then were truly revolutionary, even more than Einstein’s relativity, one would dare say. One may have a feeling that nowadays we only exploit the consequences of quantum mechanics to build devices such as transistors or light-emitting diodes, which on the other hand have changed the world we live in beyond imagination. With regard to the theoretical front, it may seem that one only has to turn the mathematical handle to work out consequences of quantum mechanics, although no new concepts are in sight. However, nothing could be farther from the truth. We are priviledged to live in what has been dubbed as a second quantum revolution...
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: 293
Actualización de material docente basado en Jupyter Notebook para su uso dentro del Plan de Internacionalización
(2018) Díaz García, Elena; Cabrera Granado, Eduardo; Domínguez-Adame Acosta, Francisco; Gómez Calderón, Óscar; Melle Hernández, Sonia; Díaz Fernández, Álvaro; Villas Pazos, Alberto
La iniciativa de este proyecto viene justificada a la vista del gran interés generado por algunos de los materiales docentes diseñados por nuestro grupo en anteriores proyectos, en los que se vienen desarrollando diferentes herramientas docentes basadas en el uso de Jupyter Notebooks. A la vista del impacto generado, y teniendo en cuenta que la evolución del proyecto Jupyter, así como las aplicaciones de distintas herramientas asociadas a Jupyter Notebook, es continua, nos planteamos como objetivo principal del presente proyecto la actualización y la puesta a disposición en inglés de nuestra producción de los últimos años.
Robust midgap states in band-inverted junctions under electric and magnetic fields
(Beilstein journal of nanotechnology, 2018) Díaz Fernández, Álvaro; del Valle, Natalia; Domínguez-Adame Acosta, Francisco
Several IV-VI semiconductor compounds made of heavy atoms, such as Pb1-xSnxTc, may undergo band-inversion at the L point of the Brillouin zone upon variation of their chemical composition. This inversion gives rise to topologically distinct phases, characterized by a change in a topological invariant. In the framework of the k.p theory, band-inversion can be viewed as a change of sign of the fundamental gap. A two-band model within the envelope-function approximation predicts the appearance of midgap interface states with Dirac cone dispersions in band-inverted junctions, namely, when the gap changes sign along the growth direction. We present a thorough study of these interface electron states in the presence of crossed electric and magnetic fields, the electric field being applied along the growth direction of a band-inverted junction. We show that the Dirac cone is robust and persists even if the fields are strong. In addition, we point out that Landau levels of electron states lying in the semiconductor bands can be tailored by the electric field. Tunable devices are thus likely to be realizable, exploiting the properties studied herein.
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; 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.
Floquet engineering of Dirac cones on the surface of a topological insulator
(Physical review B, 2019) Díaz Fernández, Álvaro; Díaz García, Elena; Gómez León, Álvaro; Platero, G.; Domínguez-Adame Acosta, Francisco
We propose to Floquet engineer Dirac cones at the surface of a three-dimensional topological insulator. We show that a large tunability of the Fermi velocity can be achieved as a function of the polarization, direction, and amplitude of the driving field. Using this external control, the Dirac cones in the quasienergy spectrum may become elliptic or massive, in accordance with experimental evidence. These results help us to understand the interplay of surface states and external ac driving fields in topological insulators. In our work we use the full Hamiltonian for the three-dimensional system instead of effective surface Hamiltonians, which are usually considered in the literature. Our findings show that the Dirac cones in the quasienergy spectrum remain robust even in the presence of bulk states, and therefore, they validate the usage of effective surface Hamiltonians to explore the properties of Floquet-driven topological boundaries. Furthermore, our model allows us to introduce out-of-plane field configurations which cannot be accounted for by effective surface Hamiltonians.