Esta área de la Física se ocupa de estudiar las propiedades de las fases condensadas de la materia, particularmente los estados sólido y líquido, como consecuencia de los principios de la Mecánica Cuántica, el Electromagnetismo, la Mecánica Estadística y, a nivel macroscópico, de la Termodinámica.
Existe una conexión directa entre los descubrimientos teóricos y experimentales en esta área de la Física y las consiguientes aplicaciones tecnológicas, fundamentalmente en los campos de la Microelectrónica, la Ingeniería de Materiales y, más recientemente, en la Nanotecnología.
El Instituto de Física UC constituye un referente nacional e internacional en el estudio teórico y experimental de la Física de la Materia Condensada.
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Descripción
El Grupo de Física de Materia Condensada Experimental se dedica a la investigación empírica de fenómenos a escala micro y nanométrica de relevancia tecnológica. Con este objetivo se han implementado diversos laboratorios de investigación en Ciencia de Materiales y Superficies que han permitido desarrollar publicaciones académicas de primer nivel, así como tesis experimentales de pregrado y postgrado.
Preguntas que esta línea trata de responder
Ciencia de Materiales y Superficies
En los Laboratorio de Ciencia de Materiales se llevan a cabo estudios que involucran la interacción de gases con superficies sólidas de materiales metálicos, semiconductores y ferroeléctricos. Estas superficies sólidas pueden ser láminas metálicas de 0,1 mm de espesor, películas delgadas de 20 a 500 nm de espesor o nanoestructuras como “puntos” o “cúmulos” de pocos átomos.
Estos estudios podrían tener aplicaciones directas en dispositivos de almacenamiento de hidrógeno, sensores de gases y nuevos transductores electrónicos. Las investigaciones se llevan a cabo midiendo los cambios de propiedades eléctricas, magnéticas y ópticas cuando las superficies sólidas entran en contacto con determinados gases tales como hidrógeno, monóxido de carbono y dióxido de carbono. La caracterización de los materiales se efectúa con varias técnicas espectroscópicas, entre ellas, electrones (Auger), análisis dispersivo de rayos-x (EDS) y de luz visible (Raman).
En el Laboratorio de Física Experimental y Aplicada de Interfaces (Surflab) se investigan las estructuras y dinámicas de bionanomateriales, películas de materiales blandos y películas magnéticas. Un objetivo es entender mejor las fuerzas detrás de cambios estructurales, procesos de autoensamblaje y dinámicas de películas e interfaces de materiales orgánico-biológicos e inorgánicos. Para este tipo de estudios se utilizan técnicas tales como Elipsometría de Alta Resolución (VHRE), Elipsometría de Imágenes (IE), Microscopía de Fuerza Atómica (AFM), Efecto Magneto-Óptico de Kerr (MOKE) y Desorción Térmica Programada (TPD) de películas debidamente preparadas. Todos los equipos son diseñados y fabricados en el laboratorio. Los instrumentos son continuamente actualizados y se desarrollan nuevas técnicas para preparación de muestras y análisis, según los requerimientos.
Nanotecnología
En la sub área de Nanotecnología del Instituto de Física UC se estudian las propiedades físicas de nanomateriales. La fabricación de nanoestructuras se realiza mediante, por ejemplo, una membrana nanoporosa que puede ser producida de manera controlada, lo que permite variar el tamaño de sus poros desde 20 nm a 200 nm. Es posible fabricar nanotubos, nanopilares o nanopuntos de distintos materiales, como, por ejemplo, nanotubos de carbono o nanopuntos magnéticos. Se utilizan diversas técnicas de microscopía o espectroscopía para caracterizar estos materiales y estudiar el comportamiento de sus propiedades a bajas temperaturas (unos pocos grados Kelvin).
El siguiente paso es investigar cómo utilizar estos nanomateriales en distintas aplicaciones tecnológicas. En particular, es posible aumentar la eficiencia de fotocatalizadores para la producción de hidrógeno, mediante la descomposición del agua utilizando luz solar, y también se pueden utilizar en sensores químicos y biológicos.
Los laboratorios que actualmente se encuentran en el Edificio Hernán Chuaqui permiten el estudio de nanoestructuras y materiales mesoporosos de óxidos y subóxidos metálicos para aplicaciones en sensores, dispositivos electro-ópticos, microbaterías y fotoceldas.
En particular, se estudia la relación de las condiciones y cinética de crecimiento con las características morfológicas, químicas y estructurales del material; se realizan experimentos de estabilidad y transiciones de fase (amorfo-cristalino) inducidos térmicamente y transformaciones estructurales de materiales metaestables crecidos fuera de las condiciones de equilibrio. Otros estudios involucran entender el efecto de tamaño y microestructura de nanopartículas, películas delgadas y multicapas sobre el comportamiento de oxidación- reducción. Esto es fundamental para modificar y controlar sus propiedades eléctricas, ópticas, catalíticas y de interface, cruciales para el desarrollo de dispositivos tecnológicos.
A su vez, el Laboratorio de Deposición Química de Vapor (CVD) albergado en una Sala Limpia, permite la fabricación de diversos tipos de materiales multifuncionales de interés tecnológico que incluyen, entre otros, recubrimientos de herramientas de corte, películas multiferroicas, multicapas y nanoestructuras magnéticas. La versatilidad de esta técnica de crecimiento permite producir y modificar dichos materiales de manera controlada y así aprovechar las principales propiedades que ellos poseen. Las muestras producidas se caracterizan con técnicas de microscopía y espectroscopía, con el fin de garantizar la fabricación exitosa de cada material.
Línea de Investigación
