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Materiales Cuánticos para Dispositivos

Código: 45743
Créditos: 3
2026/2027
Titulación Tipo Curso
Nanociencia Aplicada: de Materiales a Dispositivos / Applied Nanoscience: From Materials to Devices OP 1

Profesor/a de contacto

Nombre :
Jordi Sort Viñas
Correo electrónico :
jordi.sort@uab.cat

Equipo docente (externo a la UAB)

Anna Palau Masoliver
Gustau Catalan Bernabé

Idiomas de los grupos

Puede consultar esta información al final del documento.

Prerrequisitos

Los estudiantes que participen en este módulo deberán tener formación previa en Física, así como conocimientos de Química y Ciencia de Materiales. También deberán ser competentes en el manejo de las aplicaciones informáticas de oficina habituales y disponer de un nivel de inglés suficiente para comprender clases, textos científicos, documentos, seminarios y conferencias.

Objetivos

Los objetivos de este módulo pueden resumirse de la siguiente manera:

  1. Analizar los fenómenos de correlación electrónica en nanomateriales y relacionarlos con las propiedades cuánticas emergentes, aplicando conocimientos de física avanzada de materiales.
  2. Seleccionar y clasificar materiales cuánticos en función de su funcionalidad y su potencial de integración en dispositivos, considerando sus propiedades electrónicas y cuánticas.
  3. Interpretar y evaluar los efectos de la correlación cuántica en el comportamiento de dispositivos nanoestructurados, incluyendo su caracterización y medición.
  4. Diseñar conceptualmente dispositivos basados en materiales cuánticos, identificando aplicaciones potenciales en los sectores tecnológico e industrial.


Resultados de aprendizaje

  • CA26 (Diseñar dispositivos basados en materiales cuánticos con potenciales aplicaciones en sectores productivos.) Diseñar dispositivos basados en materiales cuánticos con potenciales aplicaciones en sectores productivos.
  • CA27 (Medir efectos de correlación cuántica en dispositivos.) Medir efectos de correlación cuántica en dispositivos.
  • KA26 (Identificar los fenómenos básicos de correlación electrónica en los nanomateriales.) Identificar los fenómenos básicos de correlación electrónica en los nanomateriales.
  • KA27 (Seleccionar materiales cuánticos en base a su funcionalidad para su integración en dispositivos.) Seleccionar materiales cuánticos en base a su funcionalidad para su integración en dispositivos.
  • KA28 (Relacionar los nanomateriales con los fenómenos cuánticos y sus aplicaciones en dispositivos.) Relacionar los nanomateriales con los fenómenos cuánticos y sus aplicaciones en dispositivos.
  • SA34 (Categorizar materiales cuánticos según su funcionalidad.) Categorizar materiales cuánticos según su funcionalidad.
  • SA35 (Relacionar los diferentes fenómenos emergentes de la correlación electrónica con las propiedades.) Relacionar los diferentes fenómenos emergentes de la correlación electrónica con las propiedades.
  • SA36 (Predecir la posible emergencia de una propiedad de correlación cuántica según parámetros fundamentales del material.) Predecir la posible emergencia de una propiedad de correlación cuántica según parámetros fundamentales del material.

Contenidos

Bloque 1. Fundamentos de la correlación electrónica en materiales cuánticos

Introducción a los materiales cuánticos: propiedades cuánticas frente a propiedades clásicas. Superposición cuántica y qubits. Correlación electrónica: conceptos básicos y transición metal–aislante. Teoría BCS de la superconductividad. Espintrónica. Efectos de tamaño y propiedades emergentes a nanoescala: efecto túnel cuántico. Introducción al orden de carga y a las fases electrónicas no triviales. Materiales topológicos, heteroestructuras de van der Waals y sistemas de Moiré. Los óxidos de perovskita como una plataforma versátil de materiales.


Bloque 2. Espintrónica y transporte cuántico

Nanomagnetismo y mecánica cuántica. Ferromagnetismo y antiferromagnetismo. Principios de la espintrónica y la espín-orbitrónica. Interacción espín–carga y espín–órbita. Fenómenos de transporte en sistemas nanoestructurados. Materiales espintrónicos. Intercambio polarizado por espín. Dispositivos magnetorresistivos (válvulas de espín y uniones túnel magnéticas). Ondas de espín (magnones). Texturas magnéticas topológicas (skyrmiones, vórtices y hopfiones).


Bloque 3. Transiciones de fase, materiales ferroicos y dispositivos ferroelectrónicos

Materiales ferroeléctricos y multiferroicos. Dominios ferroeléctricos, paredes de dominio y propiedades emergentes. Fases electrónicas protegidas por simetría. Efectos de tamaño y despolarización. Efectos de deformación: ingeniería de deformación (strain engineering) y flexoelectricidad. Dispositivos basados en uniones túnel ferroeléctricas. Aplicaciones en memorias y electrónica funcional.


Bloque 4. Estados colectivos y excitaciones cuánticas

Transiciones de fase en sistemas fuertemente correlacionados. Transiciones metal–aislante. Interacciones electrón–fonón y electrón–magnón. Superconductividad convencional y no convencional. Superconductores de alta temperatura crítica. Ondas de densidad de carga y de espín (CDW/SDW). Cuasipartículas en superconductores y sistemas fuertemente correlacionados. Espintrónica superconductora. Uniones Josephson y dispositivos superconductores. Qubits superconductores. Emergencia de propiedades colectivas en nanodispositivos superconductores e híbridos. Aplicaciones en sensores y tecnologías cuánticas.

Actividades formativas y Metodología

Título Horas ECTS Resultados de aprendizaje
Sesiones de laboratorio 2 0,08 CA26, CA27, KA27, KA28, SA36
Clases de teoría y problemas 15 0,6 CA26, CA27, KA26, KA27, KA28, SA34, SA35, SA36
Tutoría 2 0,08 CA26, CA27, KA26, KA27, KA28, SA34, SA35, SA36
Presentaciones en clase por parte de los estudiantes 2 0,08 KA26, KA27, KA28, SA34, SA35, SA36
Estudio individual y preparación de la presentación en clase 46 1,84 CA26, CA27, KA26, KA27, KA28, SA34, SA35, SA36

La metodología del curso combinará clases magistrales tradicionales con actividades autónomas del estudiante orientadas a consolidar y profundizar en los conceptos trabajados durante las sesiones presenciales. Estas actividades incluirán la lectura de bibliografía especializada (artículos científicos) y el análisis crítico de resultados experimentales y casos de estudio relacionados con los materiales cuánticos y sus aplicaciones en dispositivos avanzados.

En particular, el curso incluirá una serie de sesiones demostrativas en el laboratorio de caracterización de propiedades de materiales cuánticos, con el objetivo de introducir a los estudiantes en técnicas experimentales de uso habitual en la investigación actual. Se presentarán diferentes modalidades de microscopía de sonda local basadas en microscopía de fuerza atómica (AFM), incluyendo la microscopía de fuerza magnética (MFM), la microscopía de respuesta piezoeléctrica (PFM) y la microscopía de potencial Kelvin (KPFM), así como medidas de conductividad eléctrica, entre otras técnicas de caracterización. Se explicarán los principios físicos de funcionamiento de estas técnicas, la preparación de las medidas, la adquisición y el tratamiento de datos, así como ejemplos de su aplicación al estudio de las propiedades magnéticas, ferroeléctricas, electrónicas y topológicas de materiales avanzados.

Nota: se reservarán 15 minutos de una clase dentro del calendario establecido por el centro o por la titulación para que el alumnado rellene las encuestas de evaluación de la actuación del profesorado y de evaluación de la asignatura o módulo.

Evaluación

Actividades de evaluación continuada

Título Peso Horas ECTS Resultados de aprendizaje
Examen Final 50% 4 0,16 CA26, CA27, KA26, KA27, KA28, SA34, SA35, SA36
Sesión demostrativa de laboratorio (caracterización de materiales cuánticos para dispositivos) mediante microscopía de sonda de barrido. 25% 2 0,08 CA27, KA27, KA28, SA34
Presentación en clase de artículos científicos relevantes sobre materiales cuánticos para dispositivos 25% 2 0,08 CA26, KA26, KA27, KA28, SA34, SA35, SA36

La evaluación del módulo se basará en tres actividades complementarias. El examen final representará el 50% de la calificación final y tiene como objetivo evaluar la asimilación de los conceptos fundamentales y la capacidad de relacionarlos con las propiedades y aplicaciones de los materiales cuánticos estudiados a lo largo del curso.

Un 25% de la nota corresponderá a una presentación oral en clase, individual o en pareja en función del número de estudiantes matriculados. Esta actividad consistirá en el análisis y la discusión de artículos científicos relevantes en el ámbito de los materiales cuánticos para dispositivos, con especial énfasis en la comprensión de los resultados, su contextualización dentro del estado del arte y la capacidad de comunicación científica.

Finalmente, el 25% restante se evaluará mediante la entrega de un informe individual sobre la sesión demostrativa de laboratorio. El informe deberá reflejar la comprensión de los principios físicos y metodológicos de las técnicas de caracterización presentadas, así como la capacidad de interpretar críticamente los datos experimentales y relacionarlos con las propiedades de los materiales estudiados.

Para superar la asignatura será necesario obtener una nota global igual o superior a 5 sobre 10. Cuando no se supere la evaluación, se tendrá derecho a una prueba escrita de recuperación de todo el temario. Para poder acceder a la recuperación, es necesario haber sido evaluado previamente en un conjunto de actividades cuyo peso equivalga, como mínimo, a dos tercios de la calificación total de la evaluación continua. En este caso, además, no se tendrán en cuenta las calificaciones obtenidas en las pruebas cortas realizadas en el aula ni las correspondientes a la entrega de informes de laboratorio.

En caso de que el estudiante cometa cualquier tipo de irregularidad que pueda conllevar una variación significativa de la calificación de un acto de evaluación, este será calificado con un 0, independientemente del proceso disciplinario que pueda derivarse. En caso de que se verifiquen varias irregularidades en los actos de evaluación de una misma asignatura, la calificación final de dicha asignatura será 0.

Esta asignatura no admite la evaluación única.

Esta asignatura permite el uso de tecnologías de Inteligencia Artificial (IA) exclusivamente en la búsqueda bibliográfica o de información y la corrección de textos. La falta de transparencia en el uso de la IA en cualquier actividad evaluable se considerará una falta de honestidad académica y conllevará que la actividad sea calificada con un 0 y no pueda ser recuperada, o sanciones mayores en casos de gravedad.

Bibliografía

* Igor Žutić, Jaroslav Fabian, S. Das Sarma, “Spintronics: Fundamentals and applications”, Reviews of Modern Physics 76, 323–410 (2004), DOI: https://doi.org/10.1103/RevModPhys.76.323.


* Atsufumi Hirohata et al., “Review on spintronics: Principles and device applications”, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 509, 166711 (2020)

DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2020.166711


* Pavlo Zubko et al., “Interface Physics in Complex Oxide Heterostructures”, Annual Review of Condensed Matter Physics 2, 141-165 (2011): https://doi.org/10.1146/annurev-conmatphys-062910-140445.


* Dobrovolskiy et al., Roadmap on nanoscale superconductivity for quantum tecnologies, Superconductor Sience & Technology 39, 023502 (2026), DOI: https://doi.org/10.1088/1361-6668/ae3030

Software

N/A

Grupos e idiomas de la asignatura

La información proporcionada es provisional hasta el 30 de noviembre. A partir de esta fecha, podrá consultar el idioma de cada grupo a través de este enlace. Para acceder a la información, será necesario introducir el CÓDIGO de la asignatura

Tipo de docencia Grupo Idioma Semestre Turno
(TEm) Teoría (máster) 1 Inglés primer cuatrimestre tarde