Doctorado en ciencias físicas

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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

Solarte, Efrain | 2016

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.

Control of quantum correlations in hybrid qubit systems

Reina, John Henry | 2016

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.

Crecimiento y caracterización de bicapas multiferroicas La2/3Sr1/3MnO3/BaTiO3 depositadas por ablación laser

Gómez de Prieto, María Elena | 2017

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.

Principio holográfico y su aplicación en modelos de campos escalares de energía oscura

Granda Velásquez, Luis Norberto | 2009

En el presente trabajo, se estudia el problema de la energía oscura del universo cuya existencia ha sido conjeturada a partir de una amplia evidencia observacional. Este problema hasta ahora no se ha podido resolver dentro del contexto de la cosmología estándar. Uno de los acercamientos al problema de la energía oscura lo constituye el principio holográfico, el cual se considera como un principio fundamental de una futura teoría de la gravitación cuántica. De este modo, proponemos en el contexto del principio holográfico un nuevo corte infrarrojo para la densidad de energía oscura holográfica, la cual además del término cuadrático usual en el parámetro de Hubble (H), también depende de la derivada en el tiempo de H. Con esta propuesta hemos evitado el problema de la causalidad que surge al considerar como corte infrarrojo el horizonte de eventos y hemos evitado también el problema de la coincidencia en cosmología.

Cosmología de tiempo tardío para un campo escalar con acoplamientos cinético y de Gauss-Bonnet

Granda Velásquez, Luis Norberto | 2016

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.

Highly doubly excited states of helium under periodic driving and the formation of nondispersive wave packets

Madroñero Pabón, Javier | 2018

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.

Transport Mechanisms Study in Graphite Oxide Platelets Obtained from Bamboo for Possible Applications in Electronic.

Prieto Pulido, Pedro | 2019-10-17

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.

Magneto - optical effects in metamaterials for the desing of opto - mechanical devices [recurso electrónico]

Girón Sedas, Jaime Andrés | 2019-10-17

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.

Imanes permanentes libres de tierras raras: aleación basada en MnAIC, MnAICTI y MnAIC/Fe [recurso electrónico]

Trujillo Hernández, Juan Sebastian | 2019-10-17

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.

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]

Sánchez, Carlos William | 2019-09-23

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.

Estudio de las propiedades ópticas de estructuras fotónicas con inclusiones de grafeno y variación espacial gradual de sus materiales [recurso electrónico]

Calvo Velasco, Danny Manuel | 2019-09-19

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.

Quanthum coherence and correlations in photonic qubits and photoactive hybrid organometallic perovskite systems [recurso electrónico]

Melo Luna, Carlos Andrés | 2019-06-19

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.

Comportamiento magnético y caracterización estructural de nanocristales de óxido de cobre dopados con hierro sintetizados por co-precipitación [recurso electrónico]

Colorado Restrepo, Hernán Darío | 2015-02-11

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.