Doctorado en Ciencias - Física

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https://hdl.handle.net/10893/3817

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Estudio del efecto de campos magnéticos externos sobre la estructura y la respuesta optica de cristales fotonicos construidos con ferrofluidos basados en nanoparticulas de CO(i-x) Znx Fe2O4
(Universidad del Valle, 2014) López Medina, Javier Alonso; Zambrano Romero, Gustavo Adolfo
En el presente trabajo de investigación, ferrofluidos basados en nanopartículas de Co1-xZnxFe2O4 a dos concentraciones diferentes de Zn (X = 0.25 and 0.75), fueron preparados por el método de coprecipitación química a partir de soluciones de sales acuosas de Co (II), ZnSO4, and Fe (III) en un medio alcalino. Los ferrofluidos al ser colocados en un campo magnético externo muestran propiedades que los hacen interesantes como cristales fotónicos magnetocontrolables. La caracterización morfológica y estructural de las muestras se obtuvo por Microscopia Electrónica de Barrido (SEM) y Microscopia Electrónica de Transmisión (TEM) y difracción de rayos x (DRX). Las propiedades magnéticas fueron investigadas con ayuda de un magnetómetro de muestra vibrante (VSM) a temperatura ambiente. Aquí, las muestras de Co1-xZnxFe2O4 mostraron una tendencia al comportamiento superparamagnético. De acuerdo a los resultados de la curva de histéresis y el análisis de Thamm – Hesse se pudo establecer el tipo de interacción entre las nanopartículas en el ferrofluido. Estos resultados indican que nuestras nanopartículas magnéticas pueden ser consideradas como un material magnético blando. Además se observó el auto ensamblaje de conglomerados de nanopartículas que forman columnas magnéticas en un cristal fotónico 2 - D con geometría hexagonal, cuando el ferrofluido es encapsulado en una celda de vidrio de 10 μm de espesor y bajo la acción de un campo magnético modulable aplicado de manera perpendicular a la película. La dependencia de los valores del índice de refracción efectivo con la intensidad del campo magnético aplicado de los ferrofluidos fue determinado a partir de mediciones de interferómetria láser utilizando un interferómetro de Mach - Zehnder. A partir del método de expansión de ondas planas (PWM) se estudió la respuesta óptica bajo campo magnético externo para un cristal fotónico magneto – controlable 2–D basado en ferrofluidos teniendo en cuenta la teoría de Maxwell – Garnet y el cálculo experimental de los valores del índice de refracción efectivo. La estructura de bandas fotónicas (PBS) del cristal fotónico (PC) 2-D para estos ferrofluidos, fue simulada y se encontró que la respuesta óptica del cristal fotónico depende del índice de refracción efectivo, la razón de área, la permitividad dieléctrica de las columnas magnéticas y la composición (inclusión de Zn) de los ferrofluidos basados en Co1-xZnxFe2O4. V La estructura de bandas del ferrofluido con menor concentración de Zn (x = 0,25), presenta una banda prohibida completa en el rango del IR (λ ≅ 10.6 μm) para un campo magnético perpendicular bajo de 73,1 Oe. Este resultado puede ser interesante para aplicaciones de los ferrofluidos basados en nanopartículas como cristales fotónicos magneto - controlables. Finalmente, el método utilizado en el presente trabajo puede ser considerado como un método alternativo para caracterizar la respuesta óptica de ferrofluidos nanoestructurados en presencia de un campo magnético externo DC.
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Comportamiento magnético y caracterización estructural de nanocristales de óxido de cobre dopados con hierro sintetizados por co-precipitación [recurso electrónico]
(2015-02-11) Colorado Restrepo, Hernán Darío
Se estudió la influencia del hierro como dopante en las propiedades magnéticas y estructurales de nanopartículas (NP’s) de óxido de cobre. El sistema en estudio fue el (Cu1–xFex)O, con x=0, 0.03, 0.06, 0.09, 0.12 y 0.15. La preparación de muestras se llevó a cabo por el método de co-precipitación. Además del porcentaje de hierro dopante, en la preparación de las muestras se varió la concentración molar del agente precipitador y la temperatura de calcinación.
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Control of quantum correlations in hybrid qubit systems
(Universidad del Valle, 2016) Susa Quintero, Cristian Edwin; Reina, John Henry
El estudio principal de esta Tesis concierne a la investigación de la información cuántica como un recurso físico (ej., correlaciones cuánticas y entrelazamiento) en sistemas cuánticos abiertos. Consideramos un registrador de bits cuánticos (qubits) interactuando con su entorno y evaluamos la dinámica de las correlaciones cuánticas y del entrelazamiento entre los qubits bajo diferentes escenarios físicos. Adicionalmente, en el contexto de sistemas multipartitos, extendemos nuestros conocimientos de correlaciones cuánticas e introducimos un protocolo para cuantificar complejidad cuántica. Aquí, tratamos la complejidad en términos de la estructura de un sistema multipartito, es decir, qué tan diferente es la información brindada por el estado del sistema total con respecto a la información extraída del estado de los distintos componentes o subsistemas.
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Cosmología de tiempo tardío para un campo escalar con acoplamientos cinético y de Gauss-Bonnet
(Universidad del Valle, 2016) Loaiza Acuña, Edwin; Granda Velásquez, Luis Norberto
En esta tesis se estudian las soluciones de tiempo tardío para un modelo de campo escalar con acoplamientos cinético a la curvatura y del campo escalar al invariante de Gauss-Bonnet, con el fin explicar el fenómeno de la expansión acelerada del Universo. Inicialmente se hallan varias soluciones cosmológicas exactas que muestran las fases de desaceleración, aceleración e incluso la fase fantasma. Estas fases son necesarias para la explicación satisfactoria de la inflación temprana, así como la fase actualmente observada de la aceleración (super-aceleración) en el universo de tardío. Dichas soluciones son posibles dadas las restricciones que se impone a los acoples de Gauss- Bonnet y cinético no-mínimo, basados en los límites asintóticos de las ecuaciones de Friedmann generalizadas. Se estudia un escenario quitom con y sin singularidades Big RIP. Una elección específica del acople de Gauss-Bonnet, donde el cuadrado del parámetro de Hubble proporcional al término cinético, permite la reconstrucción del modelo para una evolución cosmológica adecuada. Para una nueva solución hallada, se pueden describir tres fases de expansión del universo que van desde ley de potencias, que describe un universo dominado por materia, hasta expansión tipo phantom con super aceleración.
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Modelo de Mφrup-Tronc modificado y ecuación de Landau-Lifshitz-Gilbert con coeficientes simétricos de la función disipativa
(Universidad del Valle, 2016) Salazar García, Manuel; Pérez Alcazar, German Antonio
Los sistemas magnéticos nanoparticulados están compuestos de partículas magnéticas que pueden estar inmersas en una matriz sólida (sólidos granulares), o en una matriz líquida (fluidos magnéticos o ferrofluidos) o en un gel (ferrogeles). Las nanopartículas pueden ser usadas para obtener imanes duros o blandos, microsensores magnéticos, materiales magnéticos para almacenamiento, pigmentos para pinturas y cerámicas, para aplicaciones médicas o farmacéuticas, y muchas otras. Diferentes trabajos experimentales han mostrado que la interacción dipolar magnética juega un papel importante en muchos de los fenómenos magnéticos de sistemas nanoparticulados. Recientemente, este tipo de interacción fue detectada en polvos micropartículados de los sistemas Fe-Mn-Al, Fe-Si y Fe-Al. En este trabajo hemos modificado el modelo de Mφrup-Tronc (1994) para sistemas nanoparticulados con el objetivo de obtener algunas propiedades termodinámicas de ellos. Con este modelo se calculó primero la energía de una partícula magnética, como la suma de su energía de anisotropía y de su energía total de interacción dipolar magnética con las otras partículas. Mediante una manipulación matemática, la energía de interacción propuesta por ellos fue modificada para escribirla en la misma forma que la energía de anisotropía. Luego, con esta energía total, fueron calculadas propiedades termodinámicas, tales como magnetización, campo coercitivo, capacidad calórica, susceptibilidad magnética y temperatura de bloqueo.
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Simulación y medida de la magnitud del grado de coherencia espectral mutua│µ₁₂(λ) │, de la luz láser supercontinua producida en una fibra óptica microestructurada por medio de pulsos láser ultracortos
(2016) Ramirez Gongora, Oscar de Jesus; Solarte, Efrain
Las fuentes de luz supercontinuas son fuentes de muy ancho espectro generadas a partir del bombeo de una fibra óptica microestructurada hecha de un material dieléctrico adecuado con un haz coherente, típicamente un láser pulsado de alta potencia. En los últimos años se ha incrementado notablemente el interés por este tipo de fuentes gracias a los desarrollos de nuevas fibras ópticas (fibras ópticas micro estructuradas y fibras convencionales del tipo “tapered”) y al formidable progreso que ha sufrido la tecnología de fabricación de potentes láseres de pulsos ultracortos. En esta tesis se describe el proceso necesario para cuantificar el estado de coherencia de la fuente de luz supercontinua así generada, esto incluye el proceso teórico partiendo desde las ecuaciones de Maxwell, la simulación numérica, el montaje y medición experimental y los detalles del análisis de datos requerido. Se muestra por tanto, como pueden conseguirse fuentes supercontinuas con diverso grado de coherencia y estabilidad. El desarrollo y caracterización detallada de este tipo de fuentes de luz resulta de gran interés para profesionales en campos como las comunicaciones ópticas (Diddams, 2000), la metrología de frecuencias ópticas (Udeam, 2002), la ciencia de la espectroscopia (Holzwarth, 2000), la tecnología de sensores (Monro, 2001), la tomografía óptica de luz coherente (Aguirre, 2006), entre otras muchas áreas que no necesariamente se circunscriben a la óptica, por tanto de ahí se entiende el enfoque unificador y de alusión a primeros principios o de intuición física que se le ha dado a este documento.
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Crecimiento y caracterización de bicapas multiferroicas La2/3Sr1/3MnO3/BaTiO3 depositadas por ablación laser
(Universidad del Valle, 2017) Ordoñez Ñañez, John Edward; Gómez de Prieto, María Elena
El desarrollo de nuevos materiales multiferroicos permite la investigación de propiedades ferroeléctricas y magnéticas en una sola fase. Sin embargo, en el escenario básico la combinación de estas propiedades se rige por los efectos de carga (electrones e iones), mientras que las propiedades magnéticas son controladas por electrones. En los multiferroicos estos grados de libertad se acoplan fuertemente. Por ejemplo, las propiedades magnéticas se controlan a través del campo eléctrico o viceversa, lo cual abre una nueva ruta para explorar la posibilidad de estudiar diferentes fenómenos físicos (perovskitas mixtas con d0 y dn iones, pares de iones, ordenamiento de carga, inclinación del MnO 5 prácticamente ríigido, espiral magnética, ferroelectricidad en estructuras magnéticas colineales, . . . ) y aplicaciones tecnológicas. Sin embargo, un obstáculo para el uso de este tipo de materiales es la temperatura de funcionamiento (combinación de estados), que generalmente se desacoplan y/o se presentan a bajas temperaturas. Para solucionar estos problemas, los híbridos multiferroicos compuestos por heterostructuras ferromagnéticas/ferroeléctricas han sido ampliamente estudiados como una posible vía para diseñar heterostructuras con acoplamiento magnetoeléctrico artificial. En sistemas acoplados por deformación (diferentes sustratos o paramteros de red), se han demostrado correlaciones directas entre la dirección de polarización dentro de los dominios ferroeléctricos y la anisotropía magnética localmente inducida. En esta investigación se fabricaron bicapas ferromagnéticas de La2/3Sr1/3MnO3 y ferroeléctricas de BaTiO3.
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Highly doubly excited states of helium under periodic driving and the formation of nondispersive wave packets
(Universidad del Valle, 2018) González Melan, Alejandro; Madroñero Pabón, Javier
We provide a full characterization of two-electron nondispersive wave packets found in the Floquet spectrum of driven helium. These quantum objects which propagate along periodic trajectories of the classical three-body Coulomb problem without dispersion have been identified early within large numerical calculations on one- and two-dimensional models. In this thesis, we present an efficient treatment to describe the dynamics of doubly excited states of helium under electromagnetic driving. With this approach, we are able to identify the resonance states of helium that play the fundamental role in the formation of these nondispersive wave packets, which allows us to give for the first time, theoretical evidence of their existence in three-dimensional helium. Furthermore, we compute the entanglement of doubly excited states of planar helium. We also discuss the effect of a periodic driving by an external field on entanglement. In particular, we focus on the entanglement of two-electron nondispersive wave packets.
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Quanthum coherence and correlations in photonic qubits and photoactive hybrid organometallic perovskite systems [recurso electrónico]
(2019-06-19) Melo Luna, Carlos Andrés
Las últimas dos décadas han sido testigos de tremendos avances y desarrollos en la ciencia y tecnología de la información cuántica, debido principalmente al uso de recursos físico-cuánticos, tales como la coherencia y el entrelazamiento. La formalización del concepto de computación cuántica universal por D. Deutsch en 1985 ha madurado hacia iniciativas comerciales que apuntan a acelerar la implementación física de una computadora cuántica práctica. Hasta ahora, dicha tecnología cuántica se ha impulsado como procesadores de información que se basan principalmente en bits cuánticos (qubits) superconductores. Otros desarrollos hacen uso de los estados cuánticos de los fotones en conjunción con otros registradores cuánticos basados en electrones, átomos, moléculas, sistemas artificiales, entre otros. Aunque, para cualquier caso, las tecnologías de qubit múltiples aún están bajo intensa investigación y desarrollos en los que la temperatura y el tamaño del registrador cuántico son cuestiones esenciales. Sin embargo, toda posible implementación física de dispositivos de procesamiento de información cuántica tiene en común las propiedades fundamentales de los sistemas cuánticos: interferencia, coherencia y entrelazamiento. En esta tesis, tratamos el estudio de la coherencia cuántica y el entrelazamiento en qubits (codificados en base a la polarización) y los materiales cuánticos (que operan a temperatura ambiente) para analizar el papel de las correlaciones cuánticas y la decoherencia para fines de procesamiento de información. La investigación actual se divide en dos partes principales: la primera comienza con el análisis de la influencia de un medio birrefringente sobre el entrelazamiento de un estado de qubit fotónico. Empleamos una fibra que mantiene la polarización (PMF) como un entorno de decoherencia para probar el modelo teórico en el que la simetría del acoplamiento entre el entorno y el qubit define la muerte y reactivación de las correlaciones de información. Este hallazgo establece una herramienta para mantener el entrelazamiento independiente de la longitud de la fibra empleando las propiedades de simetría del sistema físico. Como complemento, para demostrar que el entrelazamiento no es el único factor crucial en los esquemas de información, empleamos el juego del dilema del prisionero (en un espacio de estrategia de dos parámetros y extendido hasta tres) para demostrar que las ventajas cuánticas en este protocolo son debido a la superposición cuántica en lugar del entrelazamiento del sistema físico. Aquí también presentamos una configuración experimental con fotones para verificar nuestros hallazgos con qubits fotónicos. La segunda parte de la tesis examina un nuevo nanomaterial que podría servir de puente para la interacción de fotones y electrones hacia una representación física de qubits fotónicos condicionados mediante registros externos (como electrones o iones). La primera etapa en esta dirección considera la implementación de emisores de fotones individuales. Sin embargo, antes de esto es necesario reconocer las capacidades fotofísicas de las Perovskites como estructura seleccionada. Como complemento, la novedad de esta nanoestructura nos permite dar respuestas a algunas preguntas abiertas en esta dirección de caracterización en el marco de esta investigación. Las perovskitas de MA-haluro (metilamonio-haluro) están estructuralmente formadas por pequeños dominios que van desde tamaños de nano a micrómetros y que presentan una fuerte intermitencia de fotoluminiscencia (Blinking). Atribuimos esta respuesta a la recombinación noradiativa de Auger de electrones adicionales fotogenerados en un proceso de relleno de trampas ocasionadas por defectos o móvimiento de iones. Esto lo verificamos mediante la aplicación de una capa absorbente (quencher) de cargas de PCBM (fenil-éster metílico del ácido butírico C61), lo que resultó en una disminución considerable del parpadeo. También proporcionamos una técnica novedosa para la observación en tiempo real del efecto del movimiento de iones sobre este material. Adicionalmente, este comportamiento indica condiciones adecuadas para la existencia de pocos emisores que son útiles en protocolos cuánticos y se convierten en una motivación para analizar y explicar este fenómeno. Luego, preparamos dos composiciones químicas de perovskitas inorgánicas con un alto orden estructural para explorar las condiciones necesarias para producir un emisor cuántico con este material. Visualizamos las muestras a través de microscopía electrónica, y ambos sistemas se caracterizaron espectralmente para disminuir las diluciones hasta observar la intermitencia de la emisión. Se verificó el comportamiento no clásico de la emisión empleando un interferómetro Hanbury-Brown y Twiss mediante la medición del grado de función de correlación de coherencia de segundo orden. Finalmente, pero no menos importante, la información adicional presenta los laboratorios implementados durante esta investigación doctoral y el prototipo de un dispositivo de conteo de señales para analizar las coincidencias temporales en eventos fotónicos correlacionados.
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Estudio de las propiedades ópticas de estructuras fotónicas con inclusiones de grafeno y variación espacial gradual de sus materiales [recurso electrónico]
(2019-09-19) Calvo Velasco, Danny Manuel; Porras Montenegro, Nelson (Director de Tesis o Trabajo de Grado)
En este trabajo se presenta el estudio de las propiedades ópticas de tres diferentes sistemas ópticos, que comprenden estructuras con variación gradual de sus propiedades ópticas (sistemas tipo graded), sistemas con inclusión de capas de grafeno y cristales fotónicos 2D. En el Capítulo 1, se propone un sistema tipo graded, formado por capas de metal y aire, en el cual se considera una variación gradual del ancho de cada una de las bi-capas de metal-aire en la estructura, manteniendo constante la cantidad de material. Se muestra que la variación de los anchos de las bi-capas modifica las condiciones de resonancia asociadas a los sistemas periódicos, favoreciendo la reorganización del campo eléctrico al interior de la estructura, lo que origina la aparición de bandas de transmisión en frecuencias para las cuales los sistemas periódicos, con similar cantidad de material, presentan brechas fotónicas. Por otra parte, en el Capítulo 2 se propone un cristal fotónico 1D formado por capas de materiales dieléctrico, grafeno y un metamaterial con respuesta eléctrica negativa anisotrópica uniaxial, se encuentra que este tipo de cristal fotónico, modifica su respuesta óptica alrededor de la frecuencia del plasmón-polaritón del metamaterial con la variación del potencial químico del grafeno. Así mismo, en el Capítulo 3 se investiga la estructura de bandas fotónica de un cristal fotónico 2D formado por barras rectangulares de metal en aire, se encontro que este tipo de sistemas presenta bandas con poca dispersión, las cuales están asociadas a una alta localización de la radiación electromagnética en la superficie de las barras, junto con la reorganización de la estructura de bandas que depende de su geometría. Los diferentes métodos numéricos utilizados, así como la forma de aplicarlos en cada una de las estructuras estudiadas, son explicados y ampliados en cada uno de los capítulos.
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Efectos de la interfaz en bicapas de La0.3Ca0.7(AFM) / pr0.8Ca0.2MnO3 (FM) crecidas por la técnica de pulverización catódica DC [recurso electrónico]
(2019-09-23) Sánchez, Carlos William; Lopera Muñoz, Wilson (Director de Tesis o Trabajo de Grado)
El óxido de manganeso con estructura Perovskita, R1-xAxMnO3, donde R y A son elementos metálicos de tierras raras y alcalinas, respectivamente, presenta dos posibles estados base; uno de metal ferromagnético y uno de aislante antiferromagnético acompañado por el ordenamiento orbital y/o de carga. Uno de los fenómenos más estudiados de estas manganitas son las propiedades de magneto trasporte que muestran una magetorresisitencia colosal. Las manganitas de Lantano dopadas con Calcio, La1-xCaxMnO3 (LCMO), son materiales que exhiben propiedades ferromagnéticas (FM) o antiferromagnéticas (AF) dependiendo de la concentración de Ca. Para el caso x = 1=3 se tiene un material tipo ferromagnético que es de especial interés en el desarrollo de dispositivos electrónicos (espintrónica), específicamente en la implementación de memorias no volátiles magnéticas. Otro tipo es la manganita de Pr1-xCaxMnO3 (PCMO) con 0:3 _ x _ 0:5 que es antiferromagnético aislante con ordenamiento de carga en campo magnético cero. En esta manganita, la aplicación de un campo magnético induce la transición desde el estado aislante al estado conductor. En el desarrollo de este trabajo, inicialmente, se lleva acabo la Investigación en manganitas de La dopadas con Ca, tipo perovskita, de la forma La0:3Ca0:7MnO3 con características antiferromagnéticas y manganitas de Pr0:8Ca0:2MnO3 ferromagnéticas a baja temperatura con TC _ 164K determinando sus características estructurales, químicas, físicas y morfológicas al ser depositadas sobre sustratos monocristalinos de SrTiO3. Posteriormente se estudio el efecto de interfaz en bicapas de los dos materiales LCMO(AF)=PCMO(FM) en las que se determinó la presencia de la anisotropía magnética teóricamente presente en arreglos FM/AF y AF/FM, con un campo de polarización de intercambio (HEB) _ 150Oe. El fenómeno de anisotropía de intercambio (EB) es usualmente relacionado con el anclaje que presentan los espines FM con los AF en la interfaz y a fenómenos como la rugosidad y las tensiones estructurales dentro de los materiales que conforman la bicapa. Para este caso se descubrió que el PCMO crecido sobre el STO, presenta la anisotropía magnética sin encontrase en presencia directa con una fase de material AF, este fenómeno es conocido como anisotropía magnética unidireccional intrínseca. Este fenómeno aporta casi la mitad de la contribución del HEB medido para la bicapa.
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Magneto - optical effects in metamaterials for the design of opto - mechanical devices [recurso electrónico]
(2019-10-17) Girón Sedas, Jaime Andrés; Granada Echeverry, Juan Carlos (Director de Tesis o Trabajo de Grado); Mejía Salazar, Jorge Ricardo (Director de Tesis o Trabajo de Grado)
En esta tesis, demostramos dos mecanismos diferentes para la mejora del efecto de Kerr transversal magneto-óptico (TMOKE). En el primero, mostramos valores extraordinarios del TMOKE mediante la exitación de modos de tunelamiento resonante en una tri-capa, con una capa dieléctrica intercalada entre dos capas metálicas magnetoópticas. En el segundo caso, utilizamos las nuevas propiedades físicas e inusuales de los metamateriales épsilon-near-zero (ENZ) para mejorar el TMOKE hasta valores gigantes, a través del acoplamiento de modos de absorción perfecta y plasmones de superficie, en una estructura magneto-plasmónica. Se muestran aplicaciones potenciales en el desarrollo de plataformas de biosensores plasmónicos miniaturizables sin precedentes. Por otro lado, se muestra una nueva forma de controlar las fuerzas ópticas sobre partículas polarizadas cerca de superficies magnetoópticas, abriendo así nuevas rutas para la manipulación de nanopartículas. Todos los resultados numéricos se obtuvieron utilizando el enfoque de matriz de dispersión generalizada para magnetoóptica en sistemas multicapa de diseño periódico. En los cálculos de fuerzas ópticas, utilizamos el método de matriz de dispersión combinado con el formalismo de las funciones de Green para obtener los datos numéricos correspondientes.
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Transport Mechanisms Study in Graphite Oxide Platelets Obtained from Bamboo for Possible Applications in Electronic.
(2019-10-17) Prías Barragán, Jhon Jairo; Prieto Pulido, Pedro; Ariza Calderón, Hernando; Gross, Katherine
El grafito oxidado (GO) es un interesante candidato para el desarrollo de aplicaciones en el campo de la electrónica, por lo que los esfuerzos importantes se dedican a la producción de GO, tanto a gran escala como a bajo costo, siendo considerado como un producto intermedio en la producción de grafeno. Al mismo tiempo, los esfuerzos de investigación tienen como objetivo identificar el papel de los defectos, las impurezas y el desorden en las propiedades térmicas, eléctricas y magnéticas de las plaquetas de GO para futuras aplicaciones en electrónica. Dado el gran interés en la fabricación, en las propiedades básicas y la aplicación de materiales basados en carbón, por primera vez, en este trabajo presentamos un nuevo método de fácil y bajo costo de implementación, para la síntesis de plaquetas de grafito oxidado (GO), a partir de los ácidos piroleñosos extraídos del bambú-guadua (BPA) como material precursor, el estudio básico de sus mecanismos de transporte térmico, eléctrico y magnético y se discutieron las posibles futuras aplicaciones de estos mecanismos básicos en electrónica avanzada de sensores y dispositivos. Las muestras de GO-BPA se sintetizaron utilizando el método de doble descomposición térmica en un sistema de pirólisis bajo temperatura y atmósfera de nitrógeno controladas, para diferentes temperaturas de carbonización (TCA), las cuales varían de 673 a 973 K. Estas muestras se obtuvieron del bambú-guadua debido a sus altas tasas de crecimiento y producción (aproximadamente de 3 a 5 años), su buen rendimiento de carbonización (de 28 % a 17 %), buena abundancia en la región tropical (1600 especies, 67 % Asia y Oceanía, 30 % América y 3 % África) y que los productos de desecho de la industria del bambú-guadua se consideran en torno al 30 % (aproximadamente 1500 usos). Encontramos que al aumentar la TCA, disminuye el rendimiento de carbonización del 28 % al 18 %, según el método de diferencia de peso, también aumenta la conversión de grafito (presencia de carbono) en el rango de valores comprendido desde 83 % hasta 95 % y la cobertura de oxígeno de 17 % a 5 %; estos valores fueron medidos por XPS (espectroscopía de fotoelectrones de rayos X) y EDS (espectroscopía de rayos de energía dispersiva) y asociados al efecto de la desorción de óxidos multifuncionales por la descomposición térmica de los BPA.
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Imanes permanentes libres de tierras raras: aleación basada en MnAIC, MnAICTI y MnAIC/Fe [recurso electrónico]
(2019-10-17) Trujillo Hernández, Juan Sebastian; Tabares Giraldo, Jesus Anselmo (Director de Tesis o Trabajo de Grado); Pérez Alcazar, German Antonio (Director de Tesis o Trabajo de Grado)
Se realizó la caracterización estructural, magnética y calorimétrica por medio de Difracción de Rayos-X (DRX), Microscopia Electrónica de Barrido (SEM), Calorimetría Diferencial de Barrido (DSC), Espectrometría Mössbauer (EM), y Magnetometría de Muestra Vibrante (VSM), de los sistemas Mn54.3Al44C1.7, Mn54.3Al44C1.7/Fe, y Mn(53.3-x)Al45C1.7Tix, con x = 0.0, 0.5, 1.0, 1.5 % atómico de Ti. Las muestras se prepararon mediante fundición en horno de arco 4 veces para garantizar la homogenización de las muestras y posteriormente se realizó melt-spinnnig a diferentes velocidades (10, 20, 30, 40 y 50 m/s) a una presión de 400/450 mbar. Los patrones de difracción de rayos X nos permiten identificar que tanto el contenido de carbono como el dopaje con Ti ayuda a estabilizar la fase (¿) después de hacer melt-spinning y la fase ¿ después de hacer tratamiento térmico entre 500-550oC. Adicionalmente, debido a que la fase ¿ es metaestable, para tratamientos entre 450-500oC, aparecen fases minoritarias como la fase ¿-Mn y la fase ¿2-Mn, las cuales son paramagnéticas. Además, se encontró que el parámetro de red a y c y el volumen de la celda unitaria no presentan alguna tendencia general a cambiar con la concentración de titanio.
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Inflación y energía oscura en un modelo escalar-tensorial con acoplamientos cinético, no mínimo y de Gauss-Bonnet
(Universidad del Valle, 2020) Jiménez Torres, Diego Fernando; Granda Velásquez, Luis Norberto
Los datos observacionales más recientes ponen de manifiesto la existencia de dos fases de expansión acelerada del universo, las cuales son asociadas a la inflación cósmica y a la energía oscura. A pesar de los esfuerzos teóricos por explicar la expansión acelerada, su naturaleza exacta aún sigue siendo un misterio que desafía a cosmólogos y físicos en general. Una línea de trabajo que ha buscado resolver este problema está basado en las teorías de campo escalar-tensorial, las cuales permiten la descripción de fases de expansión acelerada y, por tanto, constituyen una alternativa promisoria para el estudio del universo temprano y tardío. En este trabajo se estudian soluciones de inflación y energía oscura para un modelo de campo escalar con acoplamientos cinético, no mínimo (NMC) y de Gauss-Bonnet (GB). Las ecuaciones de campo de dicho modelo se calculan bajo la hipótesis de un universo isótropo, homogéneo y espacialmente plano. Con estas ecuaciones se desarrolla un mecanismo de reconstrucción que permite obtener el potencial y los acoplamientos para cualquier escenario cosmológico. En particular se estudia el modelo en ausencia de potencial, donde se obtienen soluciones de tiempo tardío que pueden ser ajustadas apropiadamente para describir escenarios con fase de quintaesencia y phantom. Adicionalmente, se obtiene el sistema autónomo y se analiza las propiedades de estabilidad de los puntos críticos correspondientes a comportamientos del universo tanto en épocas tempranas como tardías. En la última parte se presenta el formalismo de perturbaciones cosmológicas utilizando la relación de este modelo con las teorías más generales de segundo orden conocidas como Galileos Generalizados, y se estudia el papel de los acoplamientos en el espectro de potencias de perturbaciones escalar y tensorial. Además, se introduce el formalismo de multiplicadores de Lagrange en el contexto de gravedad modificada y se obtienen soluciones inacionarias viables. La compatibilidad con los datos observacionales provenientes diferentes fuentes (Planck y BICEP2/Keck-Array data) es obtenida en varios rangos de parámetros libres del modelo.
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Estudio de la energía oscura en el marco de la gravitación modificada y el principio holográfico
(Universidad del Valle, 2023) Rojas Chacón, Germán Darío; Granda Velásquez, Luis Norberto
Se plantea el análisis de diversos escenarios que podrían acercarnos al entendimiento de la energía oscura en el universo. Inicialmente se estudia el comportamiento general de modelos de gravedad modificada tipo f(R) en el marco del principio holográfico analizando las ecuaciones de campo asociadas y la dinámica cosmológica a partir de un sistema dinámico. Seguidamente, los resultados obtenidos se aplican al modelo f(R) de Hu-Sawicki, y se propone una expansión analítica del modelo alrededor de ΛCDM para posteriores análisis perturbativos. Finalmente se sugiere un modelo exponencial f(R) para el cual se determinan las condiciones básicas de viabilidad, así como aquellas necesarias para cumplir los requerimientos de Sistema Solar, y se analiza el sistema dinámico asociado. Igualmente se efectúa una aproximación analítica de la tasa de Hubble del modelo alrededor de ΛCDM a partir de la cual se estudia la evolución de los distintos parámetros cosmológicos, y se calcula la tasa e índice de crecimiento de perturbaciones de materia. Haciendo uso de la aproximación analítica hallada para el parámetro de Hubble se calcula el espectro de potencias de materia por medio del código EFCLASS. Se concluye que las alternativas presentadas pueden describir la dinámica de la energía oscura en el universo desde una perspectiva geométrica en el marco holográfico y a su vez explicar la evolución cosmológica de los diferentes sectores de energía. Adicionalmente, el modelo f(R) propuesto puede explicar la evolución de las perturbaciones de materia manteniendo a su vez una diferencia con el modelo cosmológico estándar, la cual podría verificarse en observaciones futuras a bajo redshift.
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Explorations in the dark side of the universe
(Universidad del Valle, 2024) Orjuela Quintana, John Bayron; Valenzuela-Toledo, Cesar A.
Throughout history, humans have exhibited an inexhaustible curiosity about their environment, its components, and abstractions. Science is the humankind instrument to convert this curiosity into knowledge. When the acquired knowledge is mastered, it evolves into wisdom. This practice has been the primary force propelling human progress since ancient times. From the earliest advancements in geometry, arithmetic, and mechanics inscribed on stone tablets, laying the groundwork for architectural marvels, to the principles underpinning rela- tivity and quantum mechanics, upon which technologies like the geo-positioning system (GPS) and magnetic resonance imaging (MRI) rely, science has never been the foremost priority of any civilization. However, while only a handful of passionate individuals have genuinely ap- preciated and delved into the sciences and their accomplishments, the fruits of their endeavors have benefited countless others. The contributions of these dedicated scientists have greatly enriched the vast reservoir of knowledge and wisdom that we now possess. Cosmology, the exploration of our Universe as a physical system encompassing its origin, evolution, and ultimate fate, has been a source of fascination for numerous scientists. While we have reached a point where we possess paradigms to construct instruments for observation and theories to interpret much of the observable Universe, several details remain elusive, such as the principles behind the existence of dark matter and dark energy. As a cosmologist in 2024, with aspirations to attain a doctoral degree in Physics, I find myself pondering: "How can I honor the tireless efforts of my predecessors and current colleagues while contributing to the advancement of cosmology?" Regrettably, I have yet to discover a definitive answer to this question. Therefore, during my postgraduate studies, I have resolved to delve deeply into various topics, seeking novel techniques and approaches to unravel the profound mysteries of our Universe. This dissertation comprises five chapters, each covering the topics I explored during my doctoral studies.
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Propiedades elasto-electrodinámicas en aislantes topológicos
(Universidad del Valle, 2024) Rojas Vallecilla, David Fernando; Granada, Juan Carlos
En el presente trabajo se investigan los efectos elasto-electrodinámicos que surgen en sistemas que tienen una topológica no trivial y al mismo tiempo exhiben propiedades piezoeléctricas. En el marco de la electrodinámica del axion y con ayuda del formalismo de la teoría de la elasticidad se propone una acción para describir la respuesta elasto-electrodinámica de un aislante topológico piezoeléctrico. Demostramos que las polarizaciones asociadas a las deformaciones del material y a los estados superficiales que caracterizan el aislante topológico reestructuran las ecuaciones de Maxwell-Lorentz y las relaciones constitutivas. Esto se manifiesta en un acoplamiento entre los campos elásticos y electrodinámicos que involucran efectos magnetoeléctricos. Se muestra a detalle como las ecuaciones de movimiento que describen el comportamiento de los modos superficiales de Bleustein-Gulyaev (B-G) se reestructuran al considerar las propiedades topológicas en cristales piezoeléctricos que pertenecen a la clase 𝐶6𝑣. Se observa que las propiedades topológicas introducen una corrección de segundo orden en la constante de estructura fina 𝛼 sobre el factor de acople electromecánico del material. Por otro parte, se demuestra que las ecuaciones características que describen los modos guiados piezoeléctricos electro elásticos antisimétricos y simétricos que aparecen en una placa piezoeléctrica 𝐶6𝑣 de aislante topológico, también experimentan la misma corrección. Se encuentra que, para un orden dado del modo guiado, el cambio de frecuencia que induce la corrección topológica se incrementa con el vector de onda, mientras que, para un valor dado del vector de onda, el cambio de frecuencia correspondiente aumenta con el orden del modo guiado. Adicionalmente, realizamos una extensión de todo este formalismo para estudiar el comportamiento de las ondas B-G en un cristal piezoeléctrico semi-infinito de aislante topológico en contacto con líquidos viscosos. Encontramos que la corrección que introducen las propiedades topológicas en la velocidad de fase y la atenuación de estas ondas crece con la frecuencia y decrece con la viscosidad del líquido.

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Examinando Doctorado en Ciencias - Física por Fecha de publicación

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