Francisca Gabriela Ramírez Carrasco defendió su tesis doctoral “Holographic Strongly-Coupled Materials with Dislocations” el pasado miércoles 19 de noviembre en el Instituto de Física PUCV, instancia en la que presentó los resultados de una investigación que conecta física de la materia condensada, teorías gravitacionales y holografía para estudiar materiales topológicos emergentes.
La comisión evaluadora estuvo integrada por:
Dr. Vladimir Juričić, Universidad Técnica Federico Santa María — Director de tesis
Dra. Olivera Mišković, Pontificia Universidad Católica de Valparaíso — Directora de tesis
Dr. Radouane Gannouji, Pontificia Universidad Católica de Valparaíso — Evaluador interno
Dr. Ayan Mukhopadhyay, Pontificia Universidad Católica de Valparaíso — Evaluador interno
Dr. Rodrigo Soto, Pontificia Universidad Católica de Chile — Evaluador externo
El examen fue aprobado con la calificación máxima de 7,0, reconociendo la calidad del trabajo presentado.
Compartimos el resumen de la tesis:
Weyl semimetals (WSMs) are three-dimensional topological states with no energy gap, characterized by monopole-antimonopole pairs of Abelian Berry curvature at band contact points in momentum space. These materials exhibit chiral anomalies, manifested through crystalline dislocation defects associated with the discrete translational symmetry of the lattice. This thesis lays the foundations for constructing a holographic model of WSMs with dislocations, using a (4+1)-dimensional Chern-Simons gravitational theory in an anti-de Sitter space, without resorting to external sources of matter.
This theoretical framework incorporates torsion, offering a holographic representation of dislocation defects in the crystal lattice and possibly captures the chiral anomaly. By solving the gravitational equations of motion with an asymptotic expansion near the boundary, it is shown that this theory admits axially symmetric solutions in the bulk and on the boundary of (3+1)-dimensional spacetime.
These solutions can be interpreted as holographic field theories with dislocation defects at finite temperature, encoded by a black hole in the bulk gravitational theory. Two types of black hole horizons are examined: the planar case and the hyperbolic case.
Notably, these solutions reveal an odd parity Abelian current exhibiting an anomaly proportional to the Nieh-Yan invariant, which can be interpreted as a holographic chiral anomaly. Therefore, the obtained field theory is a candidate for a holographic WSM. These findings open new perspectives for exploring holographic topological phases using bulk gravitational Chern-Simons theories and establish torsion as a holographic analogue of crystalline dislocation defects.
Tras la exposición, conversamos con Francisca sobre el proceso, los desafíos y sus próximos pasos.
—¿Qué aprendizajes personales te deja este proceso de tesis y defensa de grado?
Aparte de lo teórico y lo técnico, aprendí que si uno es constante, perseverante y no se rinde, se pueden lograr muchas cosas. Ese es, creo, el aprendizaje más espiritual..
—¿Hubo algún momento o hallazgo que te generara especial satisfacción?
Sí. Una semana antes de entregar la tesis había un sistema de ecuaciones que no había logrado resolver. De repente me doy cuenta -como cuatro días antes de entregarla-, que tenía un error en el comienzo de los cálculos. Un término que no había considerado, que pensaba que era cero y no era cero. Empecé a cambiar todas las ecuaciones, en un día lo hice y llego al final y encuentro que ahora sí el sistema era consistente y tenía solución. Eso fue como una eureka que me hizo llorar. Fue impresionante.
—En palabras simples, ¿qué problema físico aborda tu tesis y por qué es útil usar teorías gravitacionales y agujeros negros para estudiarlo?
En palabras sencillas, hay sistemas y nuevos materiales que se han descubierto, que tienen propiedades muy interesantes, exóticas. Por ejemplo, los superconductores, los que todavía no se entienden cómo funcionan. Cómo son los mecanismos, en los cuales emergen ciertas propiedades, como por ejemplo la superconductividad, la superfluidez o, en este caso, en particular, cómo emergen los semimetales de Weyl. Entonces, la tesis ayuda a aportar su granito de arena en entender estos materiales. Desde el lado de gravitación, entendiendo que se usa una herramienta -que es holografía- en donde se mapea una teoría gravitacional con una teoría de sistema de materia condensada, donde viven estos tipos de materiales. En ese sentido, esta nueva solución que encontramos nos ayuda a entender cómo podrían emerger este tipo de materiales o cuáles son los mecanismos de funcionamiento.
—¿Cómo te proyectas tras este logro académico?
Mi siguiente paso es buscar un postdoctorado. Hay muchas líneas que se pueden continuar investigando, todas muy interesantes, así que la idea es seguir trabajando en esta misma dirección. Me gusta mucho este tema y todavía queda mucho por explorar.
Revisa algunas imágenes de la jornada:
