Premios de investigación

Juan Zurita Alonso (Universidad Complutense de Madrid).

Tutor: Charles Creffield (Universidad Complutense de Madrid).

Tema: «Localization dynamics in the Creutz-Hubbard model».

 

Los aislantes topológicos forman una clase de materiales descubierta recientemente que se caracterizan por no conducir la corriente eléctrica por su interior, sino solo por su parte externa. Además, la forma en la que lo hacen (lo que llamamos sus estados cuánticos de superficie) no se ve alterada fácilmente por las condiciones externas o deformaciones del material. Esto es debido a ciertas propiedades que se pueden estudiar empleando una rama de las matemáticas conocida como topología, que estudia cantidades que pueden tomar una serie de valores discretos (1, 2, 3…, pero ningún valor intermedio), algo poco común en la Física. Las versiones más sencillas de este tipo de materiales son estructuras de diferentes átomos en línea recta o en forma de escalera de mano. En este trabajo nos centramos en un sistema de este último tipo, llamado escalera de Creutz. Tendremos en cuenta además que los electrones que se mueven por la escalera se repelen muy fuertemente si están en un mismo átomo, utilizando el modelo más sencillo posible, llamado interacción de Hubbard. Para hacerlo más sencillo, en lugar de electrones normales emplearemos partículas sin espín (es decir, sin un imán interno). Esto nos permite realizar una serie de simulaciones por ordenador en las que podemos apreciar de qué modo se comportan las partículas cuando se introduce un campo magnético en el sistema. Ya era conocido que para ciertos valores del campo magnético las partículas tienden a quedarse quietas en algún lugar de la escalera (un fenómeno llamado localización de Aharonov-Bohm), y en este trabajo estudiamos cómo ocurre eso cuando tenemos dos partículas juntas.

Por otro lado, existen materiales en los cuales la luz se comporta de una forma idéntica a como se comportan las partículas cuánticas en otros. Esto permite a los físicos experimentales diseñar entornos controlados en los que la luz simule el movimiento de partículas cuánticas en algún sistema concreto, que sería más difícil de estudiar directamente. La fotónica es la parte de la física que se encarga de esto, y en los últimos años la construcción de simuladores cuánticos fotónicos cada vez más complejos ha avanzado rápidamente. Se han llegado a simular aislantes topológicos y sistemas en los que las partículas se atraen o se repelen entre sí. En este trabajo proponemos una forma de simular, utilizando luz, la escalera de Creutz con interacción de Hubbard utilizando la tecnología actual.

 

Resumen del trabajo: STUDENT RESEARCH REPORT Juan Zurita