Institutional Repository CICESE (Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada)
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Assembly of complex oxides by ALD: Study on bismuth vanadate
No full textEn las últimas décadas la población se ha visto involucrada en un constante desarrollo tecnológico. Uno de los componentes más importantes en la mayoría de los dispositivos electrónicos son las baterías, y recientemente, las baterías de estado sólido han sido el foco de atención. Aunque actualmente existen baterías de estado sólido a base de Li, éstas presentan algunos inconvenientes como el riesgo de explosión. El cerámico Bismuto-Vanadato de Cobre (BICUVOX) resulta ser un potencial candidato como electrolito para la aplicación en baterías de estado sólido de película delgada gracias a su gran estabilidad. La técnica de Depósito por Capa Atómica (ALD) es un método eficaz para obtener películas delgadas con espesor controlado; por lo tanto, en esta tesis se sintetizaron películas delgadas de óxido de vanadio como punto de partida para ensamblar el cerámico BICUVOX por ALD. De forma adicional se establecieron las bases teóricas y técnicas para demostrar que es posible sintetizar óxidos complejos (como lo es el BICUVOX) por ALD. Las películas delgadas de óxido de vanadio se sometieron a tratamientos térmicos en aire y nitrógeno con la intensión de modificar la estructura cristalina. También se realizaron caracterizaciones por Espectroscopía de fotoelectrones emitidos por rayos X (XPS) con erosión iónica, Difracción de rayos X (XRD) y Microscopía de Fuerza Atómica (AFM) para determinar la composición química elemental, el porcentaje atómico superficial, el estado de oxidación, la estructura cristalina y la morfología de los óxidos de vanadio obtenidos; además, se determinaron los espesores, brecha de energía prohibida óptica, y constantes ópticas de los mismos por medio de elipsometría. También se diseñó y fabricó un contenedor de acero especial para el equipo BENEQ TFS 200 para almacenar el precursor óxido tri-iso-propoxido de vanadio (VTOP) y llevar a cabo la síntesis por ALD. Las caracterizaciones identificaron películas de V2O5 amorfo para las películas sintetizadas, V2O5 ortorrómbico después de tratamiento térmico en aire y una mezcla de óxidos de vanadio para las películas con tratamiento térmico en nitrógeno; concluyendo que el V2O5 amorfo podría ser la estructura más conveniente para obtener BICUVOX por ALD en trabajos futuros.In recent decades the population has been involved in constant technological development. One of the essential components in most electronic devices is batteries, and recently, solid-state batteries have been the focus of attention. However, there are currently Li-based solid-state batteries, which show some drawbacks such as the risk of explosion. The ceramic Bismuth-Copper Vanadate (BICUVOX) turns out to be a potential candidate as an electrolyte for application in thin-film solid-state batteries due to its outstanding stability. The Atomic Layer Deposition (ALD) technique turns out to be an efficient method to obtain thin films with controlled thickness; therefore, in this thesis, thin films of vanadium oxide were synthesized as a starting point to reach the BICUVOX ceramic by ALD. Additionally, the theoretical and technical bases were established to prove that it is possible to synthesize complex oxides (such as BICUVOX) by ALD. The thin films of vanadium oxide were subjected to heat treatments in air and nitrogen to modify the crystalline structure. Characterizations were also carried out by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) with ionic erosion, X-ray diffraction (XRD), and Atomic Force Microscopy (AFM) to determine the elemental chemical composition, the surface atomic percentage, the oxidation state, the crystalline structure, and the morphology of the vanadium oxides obtained; in addition, the thicknesses, optical band gap, and their optical constants were determined through ellipsometry. A custom steel container was also designed and manufactured for the BENEQ TFS 200 equipment to store the vanadium tri-iso-propoxide precursor (VTOP) and carry out the ALD synthesis. The characterizations identified amorphous V2O5 films for the synthesized films, orthorhombic V2O5 for the air-heat treated films, and a mixture of vanadium oxides for the nitrogen heat-treated films, concluding that amorphous V2O5 could be the most suitable structure to obtain BICUVOX by ALD in future works
Isolation of actinobacteria and fungi from deep-sea sediments of the Gulf of Mexico and evaluation of their ability to biotransform heavy and extra-heavy crude oil
No full textEl petróleo sigue siendo la principal fuente de energía mundial para muchas actividades humanas. Dado que las reservas de petróleo convencional se están agotando rápidamente y las fuentes de energía verde son insuficientes aún para satisfacer las demandas energéticas de la humanidad, las grandes reservas de crudo pesado y extra-pesado se están considerando como una alternativa para obtener energía. Sin embargo, su explotación conlleva el riesgo de derrames accidentales, y siendo sus componentes recalcitrantes a la degradación, pueden persistir en el medio ambiente durante décadas y provocar graves daños ecológicos. La biorremediación es uno de los mejores procesos biotecnológicos para tratar de subsanar los daños al medio ambiente, ya sea por bioaumentación o bioestimulación, en donde se pueden emplear microorganismos nativos de la zona contaminada para degradar el petróleo derramado. En este estudio, se aislaron hongos y actinobacterias de sedimentos marinos de diferentes estaciones de las zonas de Perdido y Coatzacoalcos del golfo de México, con el fin de encontrar cepas capaces de degradar petróleo crudo ligero, pesado o extra-pesado. Las cepas de interés se identificaron por morfología macroscópica, por microscopía de contraste por interferencia diferencial (DIC) y por marcadores moleculares. Se aislaron nueve cepas de actinobacterias: Nocardiopsis sp., Promicromonospora umidemergen, Micromonospora aurantiaca, Streptomyces variabilis, S. marokkonensis, y S. anulatus. También se aislaron cinco cepas de hongos: Alternaria sp., Penicillium sp. 1, Penicillium sp. 2, Stemphylium sp., y Cladosporium halotolerans. Todos los microorganismos aislados se cultivaron en medio mínimo Czapek modificado suplementado con petróleo crudo ligero, pesado y extra-pesado como fuente única de carbono. De las cepas de actinobacterias solamente S. marokkonensis y S. variabilis mostraron crecimiento, aunque muy limitado, con petróleo ligero, por lo que se continuaron los ensayos únicamente con los hongos. Las cepas fúngicas Alternaria sp., Penicillium sp. 1, Penicillium sp. 2, y Stemphylium sp. fueron capaces de degradar petróleo crudo pesado, y solamente Alternaria sp. pudo crecer en petróleo crudo extra-pesado. El crecimiento de Alternaria sp. con petróleo extra-pesado se confirmó por microscopía DIC, microscopía electrónica de barrido (SEM) para verificar y usando como indicador la concentración de proteína intracelular. Además, se llevó a cabo el fraccionamiento del ...Petroleum remains as the main source of global energy for many human activities. Since conventional oil reserves are quickly depleting and the clean energy sources are still insufficient to supply humanity's energy demands, the large reserves of heavy and extra-heavy crude oil are being considered as an alternative to obtaining fossil energy. However, their extraction represents a risk of accidental spills, and their recalcitrant components may be resistant to degradation, and persist in the environment for decades, causing serious ecological damage. Bioremediation is one of the most viable options to reduce the environmental damage by either bioaugmentation or biostimulation where native microorganisms of the contaminated area can be used to degrade the spilled oil. In this study, fungi and actinobacteria were isolated from marine sediment from different stations in Perdido and Coatzacoalcos areas from the Gulf of Mexico, to assess the ability of the strains to degrade light, heavy or extra-heavy crude oil. The strains were identified by macroscopic morphology, microscopically by Differential interference contrast (DIC) microscopy, and by molecular markers. Nine strains of actinobacteria were isolated and identified: Nocardiopsis sp., Promicromonospora umidemergens, Micromonospora aurantiaca, Streptomyces variabilis, S. marokkonensis, and S. anulatus. Five strains of fungi were also isolated and identified: Alternaria sp., Penicillium sp., Penicillium sp. 2, Stemphylium sp., and Cladosporium halotolerans. All microorganisms were cultured in modified Czapek minimal medium supplemented with light, heavy and extra-heavy crude oil as the sole carbon source. From the Actinobacteria strains, only Streptomyces marokkonensis and S. variabilis showed limited growth with light crude oil; therefore, subsequent assays were performed only with fungi. It was found by DIC microscopy and SEM microscopy, that Alternaria sp., was able to grow with extra-heavy crude oil, and the intracellular protein was also measured. The extra-heavy crude oil degraded by Alternaria sp. was fractionated by the modified SARA method, including abiotic controls. The fractions were analyzed by gas chromatography, and it was found that Alternaria sp. degraded 25.6% of the total oil and, interestingly, the 91.3% of the aromatic fraction. These findings identify Alternaria sp. as a suitable candidate for bioremediation of extra-heavy crude oil
Photosynthethic physiology and harmful potential of two species of the genus Heterocapsa (Peridiniales, Dinophyceae) from Todos Santos Bay, Baja California
No full textEl género Heterocapsa incluye especies de pequeños dinoflagelados de relevancia ecológica por su ubicuidad en la comunidad fitoplanctónica. Asimismo, cuenta con especies que forman florecimientos algales nocivos (FAN), como H. circularisquama que ha provocado pérdidas económicas en la maricultura de Japón, asociadas a una toxina (H2-a) cuya actividad depende de la luz. En la bahía de Todos Santos, Baja California, México, se encuentran H. cf. circularisquama y H. horiguchii, que tienen el potencial de formarFAN bajo las condiciones ambientales propicias. Estas especies pueden presentan potencial nocivo asociado a la producción de metabolitos tóxicos, y su producción puede estar asociada con los procesos de regulación fotosintética. Por lo tanto, se estableció como objetivo de este trabajo el de evaluar sus características de crecimiento poblacional y mecanismos de fotoprotección a diferentes irradiancias, y evaluar su impacto sobre rotíferos (Brachionus plicatilis) como indicador de su potencial tóxico. El crecimiento poblacional y la respuesta fotoprotectora se evaluó en dos cepas de H. horiguchii (A1-B5 y G8) y un aislado de H. cf. circularisquama (D7), mantenidos a 16 °C y aclimatados a 20 (LB), 100 (LM) y 260µmol fotones m-2 s-1 (LA) (sólo en A1-B5 se evaluó la respuesta en LB). H. horiguchii creció en las tres condiciones, pero en LB se presentó la menor tasa de crecimiento (µ=0.08 día-1). H. cf. circularisquama creció en LM y LA, presentó una mayor abundancia celular en LM y µ más alta en LA. La fotoprotección se evaluó con la inducción de la disipación no fotoquímica del fotosistema II (NPQ, por sus siglas en inglés). El control del NPQ en estas especies difiere a lo documentado en otros dinoflagelados. El componente rápido (qE) de este mecanismo se encuentra presente en estas especies, además de tener un NPQ independiente del ciclo de las xantofilas y de la protonación de la membrana tilacoide. Como proxy de la actividad fotosintética se calculó la tasa de transporte de electrones (ETR, por sus siglas en inglés) a diferentes irradiancias (curva ETR-E). La ETR máxima (ETRmax) se registró en LA en las dos especies (a excepción de H. horiguchii), los parámetros fotosintéticos (α, ETRmax y Ek) fueron similares entre aclimataciones en H. horiguchii, mientras que en H. cf. circularisquama fueron diferentes en las diferentes irradiancias de aclimatación. El potencial nocivo se evaluó con la exposición de rotíferos a diferentes...The genus Heterocapsa includes species of small dinoflagellates of ecological relevance due to their ubiquity in the phytoplankton community. Some Heterocapsa species can form harmful algal blooms (HAB). Particularly, H. circularisquama has caused economic losses to mariculture industry in Japan, associated with the production of light-dependent toxin (H2-a). H. cf. circularisquama and H. horiguchii, have been registered in Todos Santos Bay, Baja California, Mexico. These species have the potential to form HAB under favorable environmental conditions and may can be harmful to other organism associated with the production of toxic metabolites that might be associated with the photosynthetic regulation processes of the microalgae. Therefore, the aim of this work was to evaluate the population growth characteristics and photoprotective mechanisms at different irradiances of both species, and to evaluate its impact on rotifers (Brachionus plicatilis) as an indicator of its toxic potential. The population growth and the photoprotective response were evaluated in two strains of H. horiguchii (A1-B5 and G8) and one isolate of H. cf. circularisquama (D7). They were kept at 16 ° C and acclimatized to 20 (LB), 100 (LM) and 260 µmol photons m-2 s-1 (LA) (only in A1-B5 the response in LB was evaluated). H. horiguchii grew under all three conditions, but they presented the lowest growth rate in LB (µ=0.08 day-1). H. cf. circularisquama grew in LM and LA, presented a higher cell abundance in LM and high µ in LA. Photoprotection was evaluated by monitoring de induction of the non-photochemical quenching of photosystem II (NPQ). Control of NPQ in these species differ from the one documented in other dinoflagellates. The fast component (qE) of this mechanism is present in these species. Also, NPQ was independent of the xanthophyll cycle and the protonation of the thylakoid membrane. As a proxy for the photosynthetic activity, the electron transport rate (ETR) was calculated at different irradiances (ETR-E curve). Maximum ETR (ETRmax) was found in LA in the two species (exception H. horiguchii). The photosynthetic parameters (α, ETRmax and Ek) were similar between irradiance acclimatization conditions in H. horiguchii, and it was different in H. cf. circularisquama. The harmful potential was evaluated with the exposure of rotifers to different cell abundances, to the supernatant of the cultures and to the suspension of broken cells of the microalgae..
Richness, Distribution and Diversity of bees (Hymenoptera: Apoidea) of the Baja California Peninsula
No full textLa Provincia Florística Californiana y la ecorregión del Desierto de Sonora son consideradas de las ecorregiones más ricas en apifauna en todo el mundo y ambas abarcan gran parte de la península de Baja California. Sin embargo, la riqueza de abejas para este territorio ha sido muy poco estudiada. Debido a su importancia como polinizadores en cultivos y hábitats naturales, y a factores como el creciente cambio de uso de suelo, es necesario conocer las especies que se encuentran en los hábitats con mayor riesgo a deterioro y desaparición. Este estudio tiene como objetivo presentar un listado de las especies de abejas de la península de Baja California y estudiar el efecto que tiene la agricultura intensiva sobre su diversidad. Entre los años 2019 y 2021 se realizaron recolectas de abejas a lo largo de la península para aumentar el esfuerzo histórico realizado y se revisaron diferentes bases de datos digitales con las que se construyó un listado actualizado de las especies de la península de Baja California. Además, se realizaron muestreos sistematizados en tres sitios de agricultura intensificada y de chaparrales en el municipio de Ensenada para estudiar los cambios en la diversidad de ambas comunidades. Se encontró un total de 621 especies válidas para la península, 537 especies para el estado de Baja California y 284 para Baja California Sur, aumentando 195 especies a lo reportado anteriormente. Se encontraron comunidades más ricas y equitativas en los chaparrales, además de un alto recambio de especies entre chaparrales y cultivos en los que se favoreció una gran abundancia a un pequeño grupo de especies. Si bien se considera que aún falta un gran esfuerzo de muestreo a lo largo de la península, este estudio ha contribuido notoriamente al conocimiento de la apifauna del Noroeste de México. Por otro lado, se considera que existe una pérdida de la diversidad de abejas debido al cambio de uso de suelo y la simplificación del paisaje.The Californian Floristic Province and the Sonoran Desert are two of the world’s most diverse ecoregions in terms of bees, and both extend into the Baja California Peninsula. Nonetheless, the richness of this territory has not been well studied. Due to the importance of bees as pollinators of crops and natural ecosystems, and factors such as the increasing change in land use, it is necessary to know the species present in habitats at risk of deterioration or disappearance. This study aims to create a faunistic list of Baja California Peninsula bee species and study the effect of intensive farming on bee diversity. I built an updated list of Baja California Peninsula bee species with data generated by own samplings made from 2019 to 2021 around the peninsula and records of seven digital databases. Additionally, I carried out systematic samplings in three intensified crops and three areas with chaparral in the Ensenada municipality, to study the differences in the diversity of both communities. I found 621 valid bee species for the peninsula, 537 for Baja California state, and 284 for Baja California Sur state. These results increased by 195 species what was previously reported. I observed richer and more equitable communities in chaparral. In addition, I detected a high species turnover between chaparral and crops. Crops favored a great abundance only for a small number of species. On one hand, this study is a noteworthy contribution to the knowledge of Northwest Mexican bee fauna, even though a greater sampling effort still need to be carried out throughout the Baja California Peninsula. At the same time, there is a loss in bee diversity due to land use change and landscape simplification
Genetic diversity and phylogeography of Phidippus (Araneae: Salticidae) in Baja California, Mexico
No full textLa filogeografía es una rama de la biogeografía enfocada en la distribución de los linajes. La Península de Baja California es una región interesante para estos estudios debido a su compleja historia geológica y climática, sin embargo, hay pocos trabajos enfocados en artrópodos para la península. En este trabajo se usan como modelo de estudio las arañas saltarinas Phidippus para estimar la variación genética de las especies presentes en la península y analizar la filogeografía de las especies P. johnsoni y P. phoenix en la región. Se utilizó el gen mitocondrial Citocromo Oxidasa I (COI) para los análisis de diversidad interespecífica, mientras que para los análisis poblacionales se usaron tanto el COI como el gen nuclear Histona 3-a (H3a). Para ambos propósitos, se aplicaron métodos estadísticos Bayesianos. Se amplificó el gen COI de 128 ejemplares colectados en 16 sitios de la Península de Baja California, lográndose identificar 7 especies por medio de vouchers genéticos y se detectaron 4 especies más que no se lograron identificar, para un total de 11 especies. Las distancias genéticas parecen coincidir con los parentescos propuestos en un estudio filogenético anterior, basado en morfología. Con base en el análisis filogeográfico de P. johnsoni se concluye que en la región sólo hay una población, pues no hubo estructuración para ninguno de los dos genes analizados. En el caso de P. phoenix, se detectaron 3 poblaciones a través del gen COI al Norte, Centro y Sur, sin embargo, las poblaciones Centro-Sur tienen índices de fijación bajos. Esto puede indicar que hay divergencia reciente o que es una población con flujo génico. Se estimó que de la población Norte divergieron las poblaciones Centro-Sur hace 60 mil años (Ka), mientras que las últimas dos, hace 30 Ka. Esto coincide con el periodo de la última glaciación (hace 100 -10 Ka), lo cual podría sugerir que hubo migración al sur durante este tiempo. Para el gen H3a no se encontró estructuración geográfica, lo cual indica que hay un sesgo sexual en la dispersión. Estos resultados implican que hubo migraciones al Sur, pero que ha habido flujo entre poblaciones por parte de los machos.Phylogeography is a branch of biogeography focused on the distribution of lineages. The Baja California Peninsula is an interesting region for phylogeographic studies due to its complex geologic and climatic history. However, few studies have been centered around the region’s terrestrial arthropods. This project uses jumping spiders of the genus Phidippus to estimate the genetic variation between species present in the Peninsula, as well as the phylogeography of P. johnsoni and P. phoenix in the region. The mitochondrial gene Cytochrome Oxidase I (COI) was used to analyze interspecific diversity; as for population analyses, COI and the nuclear Histone 3-a gene (H3a) were used. Statistical Bayesian methods were applied for all analyses. The COI gene was amplified for 128 specimens collected from 16 sites throughout the Baja California Peninsula. With this gene and with the help of genetic vouchers, 7 species were identified, while 4 more went unidentified, resulting in 11 species for the region. The genetic distances between the species seem to be congruent with previously proposed phylogenetic relations based on morphology. Based on the phylogeographic analysis, we conclude that within the region there is one population of P. johnsoni, due to the lack of geographic structure observed in the analyzed genes. For P. phoenix, three populations (Northern, Central and Southern) were detected with the mitochondrial gene COI, however the Central-Southern populations have low fixation indexes. This could indicate recent divergence or reduced gene flow in what could be considered one population. The Central and Southern populations diverged from the Northern population around 60 thousand years ago (Ka), while the other two diverged from one another around 30 Ka. This coincides with the last glacial period (10-100 Ka), which could suggest that populations migrated south during this time. The nuclear gene H3a had no geographic structure, which indicates a sexual bias in dispersion, meaning that males have been predominantly responsible for the gene flow within all populations
Algorithms for solving the 2-packing problem in sparse graphs
No full textSea G = (VG, EG) un grafo conectado y no dirigido, un conjunto independiente fuerte (abreviado por las siglas CIF) es un conjunto S ⊆ VG tal que, para cualquier par de vértices en S, la distancia entre ellos es de al menos tres aristas. El problema de encontrar el CIF de la mayor cardinalidad posible en un grafo arbitrario es un problema NP-difícil. En este trabajo de tesis, se propusieron dos algoritmos para resolver este problema. El primero consiste de una heurística voraz que se puede aplicar sobre grafos arbitrarios pero que solo está garantizado que puede encontrar un CIF maximal. El segundo es un algoritmo secuencial que puede encontrar el CIF máximo en un grafo cactus restringido, denominado cactus lineal, en O(n) pasos. También se hizo una comparación experimental entre la heurística voraz y el Gurobi, un solucionador contemporáneo de programación entera mixta. Esta comparación demostró que la heurística requiere menos tiempo de ejecución que el Gurobi en todos los casos probados, a cambio de una reducción promedio en la cardinalidad de la solución de no más del 10%. También se demostró que, cuando el grafo es grande, la heurística encuentra soluciones de igual o mayor cardinalidad a la del Gurobi en el caso de los modelos de grafos aleatorios de Gilbert y Watts-Strogatz y en grafos conectados aleatorios.Let G = (VG, EG) be an undirected and connected graph, a 2-packing set is the set of vertices S ⊆ VG such that, for any pair of vertices in S, the distance between them is at least three. Finding a 2-packing set of maximum possible cardinality in an arbitrary graph constitutes an NP-hard problem. In this work, we propose two algorithms for tackling this problem. The first one consists of a greedy heuristic that can be applied on arbitrary graphs, but which is only guaranteed to find a maximal 2-packing set. The second one consists of a sequential algorithm that can find the maximum 2-packing set in a restricted kind of cactus graph, called linear cactus, in O(n) time. An experimental comparison was also performed between the greedy heuristic and Gurobi, a contemporary mixed-integer programming solver. This showed that the heuristic requires less running time than Gurobi in all test cases, in exchage of an average reduction in the cardinality of the solution that is no larger than 10%. It was also shown that, for large graphs, the heuristic finds solutions of equal or greater cardinality than Gurobi in the case of graphs from the Gilbert and Watts-Strogatz random graph models as well as random connected graphs
Design and fabrication of integrated optical couplers for information processing applications
No full textEn este trabajo se estudian acopladores ópticos integrados de Nitruro de Silicio (S i3N4) sobre dióxido de Silicio (S iO2) y en un sustrato de Silicio (S i) que pueden ser utilizados como divisores de potencia y separadores o mezcladores de frecuencia. Se desarrollan módulos de diseño utilizando herramientas de cómputo basadas en diferencias finitas y con estos, se estudia el efecto de las dimensiones geométricas de las guías, la longitud de onda y el contraste dieléctrico en los diseños de los acopladores. Los resultados de estos estudios muestran que son necesarias dimensiones submicrométricas de las guías de onda y la separación entre las guías, para que los acopladores puedan ser empleados en aplicaciones de fotónica integrada. Con ayuda de los módulos de diseño, se definen condiciones geométricas para las cuales las guías de onda son monomodales, bimodales y multimodales. Además, se estudian las pérdidas de potencia por propagación debidas a la curvatura de los brazos del acoplador y al acoplamiento entre modos espaciales y de polarización. De este estudio, se demuestra que se pueden escoger radios de curvatura de los brazos, para los cuales, se garantice que el modo de interés llegue a la parte central del acoplador y al mismo tiempo se generen bajas pérdidas de potencia. Adicionalmente, se diseñan dos divisores de potencia 50 : 50 para una longitud de onda de 0.826 µm y un separador (mezclador) de frecuencias para las longitudes de onda 0.826 µm y 1.550 µm y se demuestra su funcionamiento propagando luz por los acopladores con ayuda de paqueterías de Lumerical. En cuanto a la parte experimental, se desarrolla una metodología que permite fabricar estructuras de guías de onda con dimensiones submicrométricas en el Laboratorio Nacional de Nanofabricación (LaNNaFab) del Centro de Nanociencias y Nanofabricación (CNyN) que pertenece a la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM). Por último, se fabrican acopladores ópticos integrados en fotoresina y se caracteriza su morfología con microscopía óptica y microscopía de fuerza atómica (AFM por sus siglas en inglés). Esta caracterización muestra, que los acopladores fabricados, tienen dimensiones submicrométricas.In this work, we study integrated optical couplers of Silicon Nitride (S i3N4) on silicon dioxide (S iO2) and on a Silicon substrate (S i) that can be used as power splitters and frequency demultiplexor o multiplexor. Design modules are developed using finite difference-based computational tools and with these, the effect of guide geometrical dimensions, wavelength, and dielectric contrast on the coupler designs are studied. The results of these studies show that submicrometer dimensions of the waveguides and the spacing between the waveguides are necessary for couplers to be used in integrated photonics applications. With the help of the design modules, geometrical conditions are defined for which the waveguides are single-mode, bimode, and multimode. In addition, propagation power losses due to the curvature of the coupler arms and the coupling between spatial and polarization modes are studied. From this study, it is shown that it is possible to choose arm curvature radii that guarantee that the mode of interest reaches the central part of the coupler and at the same time generates low power losses. Additionally, two 50 : 50 power splitters are designed at a 0.826 µm wavelength and a frequency demultiplexor (multiplexor) for 0.826 µm and 1.555 µm wavelengths and their operation is demonstrated by propagating light through the couplers with the help of Lumerical packages. As for the experimental part, a methodology is developed to fabricate waveguide structures with submicrometer dimensions in the Laboratorio Nacional de Nanofabricación (LaNNaFab) of the Centro de Nanociencias y Nanofabricación (CNyN) that belongs to the Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM). Finally, photoresistintegrated optical couplers are fabricated and their morphology is characterized by optical microscopy and Atomic Force Microscopy (AFM). This characterization shows that the fabricated couplers have submicrometer dimensions
Linking geoelectric strike directions to invariant impedances of the magnetotelluric impedance tensor in the presence of galvanic distortions
No full textEl método magnetotelúrico se ha vuelto una técnica muy empleada en años recientes dado que permite estimar impedancias electromagnéticas de la Tierra mediante la medición de ondas electromagnéticas que tienen origen natural y que ocurren en un rango de frecuencias muy amplio. Sin embargo, estimaciones de las impedancias transversal eléctrica y transversal magnética del tensor magnetotelúrico bidimensional pueden no estar acopladas con la dirección del rumbo de la estructura, teniendo además implicaciones significativas cuando se trata con distorsiones galvánicas. Entre los métodos utilizados actualmente se pueden obtener impedancias sin distorsión combinando una ecuación cuadrática con el tensor de fase. En la terminología de Groom-Bailey, la ecuación cuadrática proporciona amplitudes y fases que son inmunes al giro o twist y el tensor de fase proporciona fases inmunes tanto al twist como a la cizalla o shear. Por otro lado, se pueden obtener los ángulos de rumbo sin distorsión utilizando el enfoque de Bahr o el tensor de fase. En principio, esto es todo lo que se necesita para proceder a una interpretación bidimensional. Sin embargo, las impedancias resultantes ignoran el rumbo porque son invariantes bajo la rotación del sistema de coordenadas y, si van a estar relacionadas con un rumbo geológico, deben estar acopladas a una dirección particular. Esta es una ambigüedad adicional a la ya conocida de 90 grados que surge en los métodos clásicos de determinación del rumbo y que debe resolverse de forma independiente. En este trabajo utilizamos el modelo de descomposición de Groom-Bailey para resolver la ambigüedad al traer de vuelta el acoplamiento entre impedancias y rumbo en presencia de distorsiones galvánicas. Nuestro enfoque es un híbrido entre los métodos numéricos y analíticos existentes que reduce el problema a una decisión binaria. Presentamos tres algoritmos, dos de ellos aún requieren optimizar el ajuste a los datos y el tercero solo necesita una comparación de fases. Los tres realizan un seguimiento de los posibles cruces de las curvas de fase, lo que proporciona una solución clara y única. Usamos datos sintéticos y de campo para ilustrar el desempeño de los tres esquemas.Estimation of the traditional transverse electric and transverse magnetic impedances of the magnetotelluric tensor for two-dimensional structures can be decoupled from estimation of the strike direction with significant implications when dealing with galvanic distortions. Distortion-free impedances are obtainable combining a quadratic equation with the phase tensor. In the terminology of Groom-Bailey, the quadratic equation provides amplitudes and phases that are immune to twist and the phase tensor provides phases immune to both, twist and shear. On the other hand, distortion-free strike directions can be obtained using Bahr’s approach or the phase tensor. In principle, this is all that is needed to proceed to a two-dimensional interpretation. However, the resulting impedances are strike ignorant because they are invariant under coordinate system rotation and, if they are to be related to a geological strike they must be linked to a particular direction. This is an additional ambiguity to the one of 90 degrees arising in classic strike-determination methods, which must be resolved independently. In this work we use the distortion model of Groom-Bailey to resolve the ambiguity by bringing back the coupling between impedances and strike in the presence of galvanic distortions. Our approach is a hybrid between existing numerical and analytical approaches that reduces the problem to a binary decision. We present three algorithms to reach the goal, two still require optimizing the fit to the data and the third one only needs a comparison of phases. Synthetic and field data illustrate the performance of the three schemes
Synthesis and characterization of nanoparticles with plasmonic resonance in the first biological window
No full textLa absorción asociada a la resonancia del plasmón localizado de superficie (RPLS) de nanopartículas metálicas produce efectos térmicos, los cuales se han utilizado para distintas aplicaciones en medicina, como el tratamiento de cáncer. En este tipo de aplicación es importante realizar un calentamiento localizado y selectivo, que no dañe a las células sanas, por lo que resulta importante sintonizarla dentro del rango espectral que comprende la primera ventana biológica (700-900 nm) en donde la absorción de los tejidos es baja. La RPLS depende del tamaño, morfología y material de las nanopartículas. Existen nanopartículas con diferentes geometrías cuyas resonancias caen dentro de dicho rango espectral. Particularmente, las nanopartículas de oro con geometría de barras presentan una RPLS que puede sintonizarse dentro del rango espectral que comprende la primera ventana biológica variando su razón de aspecto (longitud/diámetro). En esta tesis se sintetizaron nanobarras de oro con una resonancia alrededor de 800 nm mediante el método químico de crecimiento mediado por semillas y se realizó su caracterización térmica, óptica y morfológica. Posteriormente se llevó a cabo el cargado de las nanobarras en nanogeles termosensibles y se realizó la evaluación de los efectos térmicos de estos sistemas producidos por la absorción de luz a 785 nm. Además, con la finalidad de identificar otras posibles geometrías de nanopartículas que puedan ser útiles para inducir los efectos térmicos deseados, se realizó la caracterización termo-óptica de nanopartículas comerciales de diferentes geometrías con RPLS en el rango espectral de interés (700-900 nm). Adicionalmente, se obtuvieron numéricamente los espectros de atenuancia y absorbancia tanto de las nanopartículas adquiridas comercialmente como de las nanobarras de oro y se estimó el incremento de temperatura esperado de éstas últimas en estado estacionario (considerando nanobarras aisladas).The absorption associated with surface localized plasmon resonance (LSPR) of metal nanoparticles produces thermal effects, which have been used for various applications, such as cancer treatment. In this type of application, it is important to perform a localized and selective heating, which does not damage healthy cells, so it is important to tune the LSPR within the spectral range that comprises the first biological window (700-900 nm) where tissue absorption is low. The LSPR depends on the size, morphology, and material of the nanoparticles. There are nanoparticles with different geometries whose resonances fall within this spectral range. Specially, gold nanoparticles with bar geometry have an LSPR that can be tuned within the spectral range comprising the first biological window by varying their aspect ratio (length/diameter). In this thesis, gold nanorods are synthesized with a resonance around 800 nm by the chemical method of growth mediated by seeds and their thermal, optical, and morphological characterization is carried out. The nanorods are loaded into thermosensitive nanogels and the thermal effects of these systems produced by the absorption of light at 785 nm are evaluated. In addition, to identify other possible nanoparticle geometries that may be useful to induce the desired thermal effects, the thermo-optical characterization of commercial nanoparticles of different geometries is carried out with LSPR in the spectral range of interest (700-900 nm). Additionally, the attenuation and absorbance spectra of both commercially acquired nanoparticles and gold nanorods are obtained numerically and the expected temperature increase of the latter at steady state is estimated (considering isolated nanorods)
Analysis and evaluation of data compression algorithms for downloading images in the UHF band on board satellites
No full textEn la actualidad la tecnología espacial para satélites pequeños ha tenido un progreso significativo en el ámbito académico, por ejemplo, el estándar CubeSat fue desarrollado para centros de investigación con el fin de promover diferentes proyectos científicos de exploración espacial. Este trabajo de investigación se enfoca en el análisis y evaluación mediante simulaciones numéricas, de la robustez y fiabilidad de 4 formatos de compresión de datos para la descarga de imágenes a bordo de nanosatélites en órbita baja. En este trabajo se considera que se utiliza un enlace descendente en la banda de 435-438 MHz. Esto puede ser de gran utilidad, principalmente para los países emergentes y en vías de desarrollo que cada vez toman más interés en la construcción de satélites pequeños, pues esta tecnología es una opción atractiva que puede contribuir a la expansión del capital intelectual de una nación. Para el propósito de este trabajo de tesis es importante utilizar formatos de compresión con pérdida y que cuenten con código fuente abierto con una licencia de uso libre para fines no comerciales. Entre muchas opciones analizadas del estado del arte en compresión de imágenes, se eligieron los formatos: JPEG, JPEG 2000, JPEG XR y WebP. Estos formatos se sometieron a pruebas de calidad objetiva, calidad subjetiva, tasa de compresión, complejidad numérica y robustez a la pérdida de bits, obteniendo resultados diversos en cada una de estas evaluaciones, por lo que se hacen sugerencias para elegir el mejor formato de compresión de acuerdo a las necesidades del enlace satelital.Currently, space technology for small satellites has had significant progress in the academic field; for example, research centers developed the CubeSat standard to promote different scientific space exploration projects. This research focuses on analyzing and evaluating the robustness and reliability of 4 data compression formats for image downloading onboard low orbiting nanosatellites through numerical simulations. In this work, we consider using a downlink in the 435-438 MHz band. This research subject can be of great interest, mainly for emerging and developing countries that are interested in building small satellites. This technology is an attractive option that can contribute to the expansion of a nation’s intellectual capital. In this thesis work, it is essential to use lossy compression formats with open source code or a free license for non-commercial use. Among many options analyzed from state of the art in image compression, the following formats were chosen: JPEG, JPEG 2000, JPEG XR, and WebP. These formats were tested for objective quality, subjective quality, compression rate, numerical complexity, and robustness to bit errors, obtaining different results in each of these evaluations. Finally, suggestions and remarks are made to choose the best compression format according to the needs of the satellite link