Institutional Repository CICESE (Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada)
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Estructuras periódicas superficiales inducidas por láser de femtosegundos en pelíıculas delgadas
No full textIn the present work, we develop a theoretical and experimental study on the formation of Laser Induced Periodic Surface Structures (LIPSS) on the surface of bismuth and titanium thin films. The light source that we used to produce such structures is an Ytterbium fiber laser (Satsuma HP2, Amplitude Systems) producing 270 femto-second pulses at a central wavelength of 1030 nm, frequency repetition rates of 1 kHz and 5 kHz. To determine the required irradiation parameter for producing this LIPSS, we carried out a characterization on the ablation threshold fluence on each film. Furthermore, we proposed to modify a well-known phenomenological model which treats the pulse laser ablation as a cumulative process. Once we have produced the patterns, we use a simple image processing technique based on the Fourier transform of optical and SEM micrographs of the structures. This technique gives us the periodicity, orientation ans dispersion of the LIPSS orientation angle among other significant values. The analysis of the experimental results, shows that the current electromagnetic-based models are adequate to predict the occurrence of LIPSS on both materials as well as their evolution when varying the angle on incidence. Nevertheless, such models are not effective to explain the change on the LIPSS periodicity as the number of pulses is increased. Additionally, we demonstrated the laser-induced oxidation of both materials and the formation of LIPSS on those oxides. Finally, we developed a numerical model based on the Finite Difference Time-Domain method as an attempt to predict the formation and evolution of the patterns that the theoretical models can not. To build the numerical model it is necessary to take into account the actual dielectric properties of the substrate as the characteristics of the pulsed laser. The results are shown at the end of this thesis.En años recientes, el inter ́es en el estudio de la formación de estructuras periódicas inducidas con láser (LIPSS por sus siglas en ingl ́es) ha ido en aumento. Sin embargo, debido a la complejidad de los diversos procesos involucrados, no ha sido posible establecer una teoría que pueda explicar exitosamente la extensa variedad de estructuras obtenidas experimentalmente. En este trabajo se presenta un estudio teórico y experimental de la formación de LIPSS sobre películas delgadas de bismuto y titanio, la fuente de luz que se empleó para hacer las irradiaciones es un láser pulsado de femtosegundos Yb de fibra (Satsuma HP2, Amplitude Systems) que produce pulsos de 270 fs a una longitud de onda central de 1030 nm y con frecuencia de repetición de 1 kHz y 5 kHz. Para determinar los parámetros de irradiación adecuados, se hizo una caracterización del umbral de ablación de cada película. Se propuso un conocido modelo fenomenológico que para determinar los parámetros de irradiación adecuados para la formación de dichas estructuras. Mediante la transformada de Fourier de micrografías ópticas y de SEM se determinó la periodicidad, orientación y distribución angular de las LIPSS. Los resultados indican que los modelos electromagnéticos, basados en la interacción de luz linealmente polarizada con una superficie que exhibe una rugosidad microscópica, son efectivos para predecir la aparición de LIPSS en ambos materiales y su evolución al variar el ángulo de incidencia, sin embargo no son totalmente eficaces para predecir la variación de la periodicidad con el número de pulsos aplicados. Adicionalmente, se demostró la oxidación inducida por láser de ambos materiales y la formación de LIPSS en dichos óxidos, estas LIPSS poseen características que las distinguen de aquellas que son metálicas. Finalmente, se desarrolló un modelo numérico basado en el método de diferencias finitas en el dominio temporal (FDTD) como un esfuerzo para predecir la formación y evolución de los patrones que los modelos teóricos no pudieron explicar completamente. Dicho modelo se construyó tomando en cuenta las propiedades dieléctricas del sustrato irradiado y de las características del láser con el que se lleva a cabo la irradiación. Los resultados se muestran al final de esta tesis
Evaluation of the electrical properties of ultrathin ZnO coatings as a function of different heat treatments
No full textEn los últimos años ha habido un gran interés en el ZnO, a causa de sus perspectivas en aplicaciones electrónicas, principalmente para su aplicación en dispositivos electrónicos con circuitos integrados más rápidos y pequeños. Esto ha ocasionado que los métodos de fabricación convencionales vayan alcanzando su límite, por lo que se buscan métodos innovadores para obtener ZnO con un alto control de espesor y alta calidad para cubrir la demanda actual. Debido a ello, se propuso la evaluación eléctrica de recubrimientos ultradelgados de ZnO, crecidos por el método depósito por capa atómica, sobre superficies dieléctricas sometidos a tratamientos térmicos a distintas temperaturas en atmósfera de aire para promover su cristalinidad. Las mediciones eléctricas de los recubrimientos se realizaron primero por dos puntas a temperatura ambiente, observándose un comportamiento óhmico en todas las películas y una tendencia progresiva en el valor de resistencia eléctrica con la temperatura de recocido. Por otro lado, las mediciones de resistividad y número de portadores de carga se realizaron por el método de Van der Pauw con efecto Hall y por la espectroscopía de impedancia, donde se observó una disminución de la conductividad del ZnO en función de la temperatura del recocido a causa de la disminución del número de portadores por m3, y de la movilidad de electrones. Por su parte, se efectuaron caracterizaciones de estructura cristalina por medio de difracción de rayos-X, donde se determinó que la estructura cristalina de todos los recubrimientos es hexagonal tipo wurtzita. Además, cálculos de tamaño de grano muestran un aumento de su tamaño cuando se les somete a los recocidos y a su vez se ve reflejado en el aumento de la rugosidad de las películas, las cuales fueron medidas a partir de micrografías obtenidas por microscopía de fuerza atómica. Finalmente, se sugiere que los recubrimientos de ZnO bajo estas condiciones de síntesis sean aplicados para la fabricación de sensores de hidrógeno.There has been significant interest in ZnO in recent years because of its prospects in electronic applications, mainly for its application in electronic devices with faster and smaller integrated circuits. This has caused conventional manufacturing methods to reach their limit, so innovative methods are being sought to obtain ZnO with high thickness control and high quality to meet current demand. Due to this, the electrical evaluation of ultrathin ZnO coatings, grown by the atomic layer deposition method, on dielectric surfaces subjected to heat treatments at different temperatures in an air atmosphere to promote their crystallinity was proposed. The electrical measurements of the coatings were carried out first by two points at room temperature, observing an ohmic behaviour in all the films and a progressive trend in the electrical resistance value with the annealing temperature. On the other hand, the resistivity measurements and the number of charge carriers were carried out by the Van der Pauw method with Hall effect and impedance spectroscopy, where a decrease in the conductivity of ZnO was observed as a function of the annealing temperature, caused by the decrease in the number of carriers per m3, and the mobility of electrons. Meanwhile, characterizations of the crystalline structure were carried out using X-ray diffraction, where it was determined that the crystalline structure of all the coatings is hexagonal wurtzite type. In addition, grain size calculations show an increase in size when subjected to annealing and are reflected in the increase in the roughness of the films, which were measured from micrographs obtained by atomic force microscopy. Finally, it is suggested that ZnO coatings under these synthesis conditions be applied to manufacture hydrogen sensors
3D Inversion of magnetotelluric phase tensor data
No full textUno de los problemas más recurrentes en el método magnetotelúrico es la distorsión galvánica, la cual es provocada por la presencia de pequeñas heterogeneidades cercanas a la superficie. En las últimas décadas ha habido un auge en el uso de métodos electromagnéticos para exploración geofísica, incluyendo el método magnetotelúrico; por lo que darle solución al problema de la distorsión galvánica se ha convertido en una prioridad. Uno de los efectos de la distorsión galvánica es el corrimiento estático, el cual ocasiona un desplazamiento vertical en las curvas de resistividad aparente, lo que puede llevar a interpretaciones erróneas. Para resolver el problema del corrimiento estático en los datos magnetotelúricos, comúnmente se aplican técnicas geofísicas adicionales (e.g., Transitorio Electromagnético), sin embargo, esto eleva los costos y complica la logística en la etapa de adquisición de datos. Las relaciones de fase entre los elementos del tensor de impedancias son inmunes a la distorsión galvánica, por lo que se presentó al tensor de fases como una solución a este problema. Por otro lado, en los últimos años ha habido un gran avance en las técnicas de modelado directo e inverso 3D de datos magnetotelúricos, y existen trabajos en donde han realizado la inversión tridimensional de los tensores de fases. Algunos autores han reportado que, para datos magnetotelúricos afectados por distorsión galvánica, se obtiene un mejor resultado al realizar la inversión 3D de los tensores de fases que con la inversión de los tensores de impedancias. En este sentido, el presente trabajo se enfoca en la inversión 3D de los tensores de fases estimados a partir de datos magnetotelúricos adquiridos en el campo geotérmico de Acoculco. Los resultados de la inversión son comparados con los obtenidos por la inversión 3D de los tensores de impedancias, los cuales han sido previamente corregidos por el efecto de corrimiento estático. De esta manera, se comparan y discuten los resultados obtenidos con ambos esquemas de inversión 3D.One of the most recurrent problems in the magnetotelluric method is the galvanic distortion, which is caused by the presence of near surface heterogeneities. In the last decades there has been a peak in electromagnetic methods for geophysical exploration, including magnetotellurics; therefore giving a solution to galvanic distortion has become a priority. One of the effects of galvanic distortion is the static shift, which causes a vertical offset of the apparent resistivity curves that could lead to wrongful interpretations. To solve the static shift problem, aditional geophysical methods are often applied (e.g., time domain electromagnetics), however, this raises the cost and complicates the data acquisition stage. The phase relations between the impedance tensor elements are inmune to galvanic distortion, the phase tensor is hence presented as a solution to this problem. Secondly, in recent years there has been a breakthrough in 3D direct and inverse modeling of magnetotelluric data. In published articles, some authors have reported, for magnetotelluric data affected by galvanic distortion, to obtain better results with 3D inversion of phase tensors than inversions with impedance tensors. In this regard, this work focuses on the 3D inversion of magnetotelluric phase tensor data acquired in the Acoculco geothermal system. Then, the results of the inversion are compared with those obtained by a 3D impedance tensors inversion, which were previously corrected for static shift. In this manner, the results obtained with both 3D inversion schemes are compared and discussed
Metabolomics of defense against herbivores in Mexican chili peppers Capsicum annuum
No full textLa domesticación es un proceso que modifica las características morfológicas y fisiológicas de una planta o animal de interés humano derivado de la selección artificial. Este estudio determinó el efecto de la domesticación sobre la química foliar de cuatro cultivares de chiles mexicanos (serrano, pimiento morrón, güero y Yahualica) en relación con su ancestro silvestre (chiltepín). Utilizando una técnica de metabolómica no dirigida para evaluar la composición química constitutiva e inducida. Se encontró un total de 5508 señales que corresponden a iones precursores (MS1) en muestras de tejido foliar después del pretratamiento de los datos con MZmine2. Se realizó un análisis de Wilcoxon para encontrar las diferencias químicas, encontrando 241 y 185 señales significativas con y sin daño, respectivamente, entre los cultivares y el chiltepín. De manera similar, se encontraron diferencias significativas en las señales reguladas al alza y a la baja entre el metaboloma constitutivo e inducido del chiltepín y los cultivares. El análisis de componentes principales mostró la variación en el conjunto de datos de manera general. Posteriormente, se realizó un análisis de agrupamiento jerárquico y un mapa de calor, donde se corroboraron los resultados observados en el análisis de componentes principales. Se encontraron tres grupos distintivos en el metaboloma constitutivo: grupo A (chiltepín), subgrupo A1 (Yahualica y serrano), y grupo B (güero y pimiento morrón). En el metaboloma inducido se encontraron tres grupos: grupo C (chiltepín y Yahualica), grupo D (serrano, pimiento morrón y güero) y subgrupo D1 (güero y pimiento morrón). Se realizaron diagramas de Venn para comparar las señales únicas y compartidas. El chiltepín presentó más señales únicas en relación a los cultivares. Además, el cultivar Yahualica compartió el mayor número de señales con el chiltepín, con y sin daño. Se encontraron 42 coincidencias en las bibliotecas del GNPS; de estos metabolitos identificados, el mayor número fueron flavonoides. En general, los resultados sugieren una diferencia en la composición química constitutiva e inducida entre los cultivares y el chiltepín.Domestication is a process that modifies the morphological and physiological characteristics of a plant or animal of human interest derived from artificial selection. This study determined the effect of domestication on the foliar chemical of four cultivars of Mexican chili peppers (serrano, bell pepper, güero, and Yahualica) concerning their wild ancestor (chiltepin). Using an untargeted metabolomics technique to evaluate the constitutive and induced chemical composition. A total of 5508 signals corresponding to precursor ions (MS1) were found in leaf tissue samples after pretreatment of the data with MZmine 2. A Wilcoxon analysis was carried out to find the chemical differences, finding 241 and 185 significant signals with and without damage, respectively, between the cultivars and the chiltepín. Similarly, significant differences in the up and down-regulated signals were found between the constitutive and induced metabolomes of the chiltepín and cultivars. The principal component analysis showed the variation in the data set in a general way. Subsequently, a hierarchical grouping analysis and a heat map were carried out, where the results observed in the principal components analysis were corroborated. Three distinctive groups were found in the constitutive metabolome: group A (chiltepín), subgroup A1 (Yahualica and serrano), and group B (güero and bell pepper). In the induced metabolome, three groups were found: group C (chiltepín and Yahualica), group D (serrano, bell pepper and güero) and subgroup D1 (güero and bell pepper). Venn diagrams show the unique and shared signals in the chiltepín and cultivars. The chiltepín presented more unique signals concerning the cultivars. Furthermore, the cultivar Yahualica shared the highest number of signals with the chiltepín, with and without damage. A total of 42 coincidences were found in the GNPS libraries; of these identified metabolites, the highest number were flavonoids. In general, the results suggest a difference in the constitutive and induced chemical composition between the cultivars and the chiltepín
Electrical tomography for geohydrology survey in a section of the La Misión aquifer, Baja California
No full textEl acuífero de La Misión, ubicado en una porción Noroeste del estado de Baja California, ha cumplido con el objetivo de proveer agua a algunas poblaciones del estado. En el transcurso del tiempo se ha realizado una variedad de estudios en el acuífero, los cuales han inferido un decremento en la disponibilidad y calidad del agua, motivo de este estudio. Se escogió una sección del acuífero donde existe contacto con un tributario para ejecutar un levantamiento geoeléctrico utilizando métodos de corriente directa. Se extrajeron datos de 15 perfiles utilizando las configuraciones tetrapolares: Wenner, Schlumberger y Dipolo-Dipolo. Como la vegetación es abundante, los perfiles no pudieron realizarse en linea recta y tomaron caminos irregulares. Se extrajeron 2 muestras de agua a lo largo de los límites del área para medir sus propiedades físicas y relacionarlas con los resultados. Se eliminaron datos inconsistentes, se calculó el factor geométrico con precisión al usar el posicionamiento de los electrodos con GPS y se aplicó una inversión en dos y tres dimensiones para generar modelos de la zona de estudio. Se escogió el mejor modelo y se concluyó la existencia de 4 grupos: dos flujos de agua, una zona de mezcla y una zona conductora. Las mediciones de resistividad de las muestras de agua coinciden con los respectivos grupos declarados del modelo final.The Misión aquifer, located in a northwestern portion of the state of Baja California, has performed the objective of sustaining water for some populations in the state. Over time, a variety of studies have been realized in the aquifer, which have inferred a decrease in the availability and quality of water, which is the principal reason for this study. A section of the aquifer where there is contact with a tributary was chosen to carry out a geoelectric survey using direct current methods. Data were extracted from 15 profiles using the tetrapolar configurations: Wenner, Schlumberger and Dipole-Dipole. As the vegetation is abundant, the profiles follow the irregular paths. Two water samples were extracted in of the boundaries of the area to measure their physical properties and relate them to the results. Inconsistent data were eliminated, the geometric factor was calculated with precision using the positioning of the electrodes with GPS, and a two and three-dimensional inversion was applied to generate models of the study area. We chose the final model and we deduced 4 groups: two water flows, a mixing zone and a conducting zone. The resistivity measurements of the water samples match with the declared groups of the final model
Optical response of a magnetized electronic gas with Rashba coupling
No full textSe estudia la respuesta óptica de un gas electrónico bidimensional (2D) magnetizado con acoplamiento espín-órbita de Rashba. El estudio se basa en el cálculo del tensor de conductividad óptica dentro del formalismo perturbativo de Kubo. La magnitud y dirección de la magnetización H (o equivalentemente, desde un punto de vista formal, de un campo magnético externo) permite modificar la forma de las superficies de energías así como la topología de los contornos de Fermi. Se obtienen expresiones para una dirección arbitraria y se presentan resultados numéricos para dos casos distintos y emblemáticos: (i) magnetización orientada perpendicularmente al plano del gas(H k ˆz), de modo que la estructura de bandas presenta una brecha energética prohibida, y (ii) una magnetización orientada en el plano del gas(H ⊥ ˆz), que da origen a bandas desdobladas en espín pero sin brecha prohibida absoluta. Se calcula la densidad conjunta de estados en cada caso y se identifican las singularidades de van Hove. Esto permite explicar las características espectrales de la conductividad óptica en función de los estados disponibles para transiciones interbanda según la posición del nivel de Fermi. La contribución intrabanda también se calcula, de modo que se obtiene el tensor de conductividad completo. En el primer caso, la presencia de la brecha da lugar a una componente transversal no nula, lo que permite tener un espectro de dicroísmo circular, entre otras propiedades ligadas al rompimiento de la simetría de inversión temporal. En el segundo caso, el espectro de absorción depende sensiblemente de la dirección de la magnetización en el plano del gas. Además de la dependencia de la frecuencia y de los parámetros materiales del sistema, la magnitud y orientación de la magnetización representan un elemento de control de las propiedades ópticas importante. Este estudio sugiere también la posibilidad de manipular similarmente corrientes de espín, aspecto relevante en la espintrónica de semiconductores.The optical conductivity tensor of a magnetized two-dimensional electron gas with Rashba spin-orbit inter- action is considered within the Kubo formalism. The magnitude and direction of the magnetization H (or of an external magnetic field) allows to control the energy band surfaces and the topology of the Fermi contours. We derive expressions for an arbitrary direction and present numerical results for two contrasting cases: (i) the magnetic field oriented perpendicularly to the plane of the gas (H k ˆz), which breaks the time-reversal symmetry of the system, and (ii) an in-plane field (H ⊥ ˆz) , where the band structure presents energy spin-splitting but without an absolute energy gap. The joint density of states is studied in each case to identify van Hove singularities. This allows to explain the spectral features displayed by the optical conductivity tensor in terms of the momentum space available for interband transitions according to the position of the Fermi level. The intraband contribution is also calculated. In the first case, the presence of an absolute gap leads to a non vanishing Hall component, which manifests as a spectrum of circular dichroism among other optical properties. In the second case, the absorption spectra depend strongly on the direction of H on the plane. Besides the frequency and material parameters dependence, the magnetization field vector introduces additional elements of control of optical properties through its magnitude and direction. Our results suggest the possibility of manipulation of spin currents as well, which is relevant to the field of semiconductor spintronics
2D and 3D inversion of rotation invariants from the magnetotelluric impedance tensor
No full textEn las últimas décadas la inversión en tres dimensiones (3D) de datos magnetotelúricos se ha convertido en una herramienta cada vez más usada y de mayor disponibilidad para para la interpretación de datos MT. Sin embargo, sigue siendo relativamente costosa desde el punto de vista computacional, por lo que surge la necesidad de buscar estrategias que ahorren tiempo y/o poder de cómputo. En el presente trabajo se reduce el tensor de impedancias de cuatro componentes a dos invariantes ante rotación, obteniendo un tensor similar al que se tiene en el caso 2D, con objeto de investigar la eficiencia o deficiencia del uso de estos invariantes en la inversión 3D y comparar con inversiones en 2D. En el desarrollo de este proyecto se generaron datos sintéticos con distintos modelos tridimensionales y a partir de las respuestas observadas se calcularon los invariantes. Posteriormente, se comparan los resultados de inversión 3D usando el tensor completo, las componentes de la antidiagonal, y los invariantes. Además, se analiza el resultado de variar los parámetros que controlan la regularización del proceso de inversión. Por otra parte, se comparan los modelos resultantes de la inversión 3D con modelos que resultan de invertir los mismos datos en 2D. De manera similar, se realiza una comparación de los resultados obtenidos al invertir en 3D el tensor completo y en 2D las invariantes de los datos de uno de los perfiles medidos en el campo geotérmico de los Humeros, en el marco del proyecto GEMex, de acuerdo con los resultados obtenidos se concluye que el uso de las invariantes en general proporciona resultados aceptables. Para determinados modelos el uso de las invariantes representa una ventaja sobre las inversiones realizadas con el tensor completo o con las componentes de la antidiagonal. Por último, las inversiones realizadas con las invariantes de los datos medidos en campo, resultó en un modelo que define nuevas estructuras y características que pueden ser un nuevo objeto de investigación.In the last decades, the 3D inversion of magnetotelluric data has become a frequently used tool, which is readily available to interpret MT data. However, computationally it continues to be relatively expensive. Therefore, the need to find new strategies that save time has emerged. In this work, the impedance tensor is reduced from four components to two invariants, obtaining a similar tensor of a 2D case to investigate the efficiency or deficiency in the 3D inversion using these invariants, and comparing the results with 2D inversions. For this project, synthetic data were generated using different three-dimensional models, and the invariants calculated from the observed data. Subsequently, the 3D inversion results are compared using the complete tensor, the antidiagonal components, and the invariants. Furthermore, the result of varying the parameters that control the regularization of the inversion process is analyzed. Additionally, the resulting models of 3D inversion are compared with resulting models of 2D inversion using the same data. Similarly„ a comparison is made between the results obtained by 3D inversion of the full tensor and 2D inversion of the invariants from data obtained in one of the profiles acquired in the geothermal field Los Humeros in the project GEMex. According to the obtained results, it is concluded that the use of invariants generates acceptable results. For specific models, invariants represent an advantage over inversions made using the full tensor or off-diagonal components. Finally, the inversions made with the invariants of measured data in the field result in a new model that defines new structures and characteristics that can be a new object for investigation
Yellowfin tuna (Thunnus albacares) foraging habitat and trophic position in the Gulf of Mexico based on intrinsic isotope tracers
Get PDFYellowfin tuna (YFT, Thunnus albacares) is a commercially important species targeted by fisheries in the Gulf of Mexico (GM). Previous studies suggest a high degree of residency in the northern GM, although part of the population performs movements to southern Mexican waters. Whether YFT caught in southern waters also exhibit residency or migrate to the northern gulf is currently uncertain, and little is known regarding their trophic ecology. The isotopic composition (bulk & amino acids) of YFT muscle and liver tissues were compared to a zooplankton-based synoptic isoscape from the entire GM to infer feeding areas and estimate Trophic Position (TP). The spatial distribution of δ15Nbulk and δ15NPhe values of zooplankton indicated two distinct isotopic baselines: one with higher values in the northern GM likely driven by denitrification over the continental shelf, and another in the central-southern gulf, where nitrogen fixation predominates. Based on the contribution of the two regional isotopic baselines to YFT tissues, broad feeding areas were inferred, with a greater contribution of the northern GM (over a one-year time scale by muscle), and to a lesser extent in the central-southern GM (over the ca. 6-month scale by liver). This was corroborated by similarities in δ15NPhe values between YFT and the northern GM. TP estimates were calculated based on stable isotope analysis of bulk (SIA) and compound-specific isotope analysis (CSIA-AA) of the canonical source and trophic amino acids. Mean TP based on SIA was 4.9 ± 1.0 and mean TP based on CSIA-A was 3.9 ± 0.2. YFT caught within the Mexican region seem to feed in northern and in central and southern GM, while feeding in the northern GM has a temporal component. Thus, management strategies need to consider that YFT caught in US and Mexican waters are a shared binational resource that exhibit feeding migrations within the GM. © 2021 Public Library of Science. All rights reserved
Adsorption of oxygen atoms on the graphene/GaN (0001) surface
No full textEl grafeno y óxido de grafeno reducido se utilizan de forma indistinta en dispositivos electrónicos basados en nitruro de galio, esto se debe a la similitud que presentan tanto en transparencia como en alta conductividad térmica. Sin embargo, hasta la fecha, no hay trabajos teóricos que analicen de forma detallada los cambios que se producen debido a la presencia de oxígeno en la superficie grafeno/ GaN (0001). En este trabajo, mediante laTeoría del Funcional de la Densidad, estudiamos los cambios que se producen entre la interacción de los átomos de carbono y de galio en la superficie grafeno/GaN (0001) debido a la adsorción de átomos de oxígeno en ella. Se logró determinar la presencia de enlaces covalentes entre carbono y galio en la superficie, los cuales se reordenan al momento de la adsorción de oxígeno. Otro efecto en la superficie, a causa de la presencia de oxígeno, es el incremento en la ondulación del grafeno (de 0.54 Å a 1.01 Å) así como en la capa más externa de galio (de 0.22 Å a 0.38 Å) en la superficie a medida que se incrementa la cobertura de oxígeno. Por otra parte, basados en la energía de formación, la superficie solo puede adoptar dos estados: como superficie limpia o mayormente oxidada; los estados intermedios son poco probables de obtener debido a una energía de formación positiva. De esta forma, cuando la superficie está expuesta a bajas concentraciones de oxígeno, permanece limpia; mientras que, cuando la superficie se encuentra expuesta a altas concentraciones de oxígeno, la primer estructura en obtenerse es una con 7 átomos de oxígeno adsorbidos, la cual podría seguirse oxidando si se aplica energía al sistema. A su vez, las propiedades electrónicas que corresponden a los estados permitidos son: material conductor en la superficie limpia y material semiconductor en la superficie mayormente oxidada. Por otra parte, se comenzaron estudios donde se incluyó hidrógeno en la superficie además del oxígeno presente, dando como resultado una disminución en la energía de formación de todo el sistema, lo cual influyó también en las propiedades electrónicas ya que la superficie más estable con un solo átomo de hidrógeno (con propiedades conductoras) posee una energía de formación similar a la superficie más estable con 7 y 11 átomos de oxígeno adsorbidos (con propiedades semiconductoras).Reduced-graphene oxide and graphene have similar properties such as high thermal conductivity and transparency; due to that, those compounds are used in gallium nitride-based electronic devices. However, until today, there is no theoretical investigation that analyses in detail the changes produced by the presence of oxygen in the graphene/GaN (0001) surface. In this work, applying Density Functional Theory, we studied the changes produced in the interaction between carbon and gallium atoms in the graphene/GaN (0001) surface due to the adsorption of oxygen atoms on it. We determined the presence of covalent bonds between carbon and gallium atoms on the surface, that suffer a reordering when an oxygen atom is adsorbed on it. Another effect caused by the presence of oxygen in the surface is the increase of the vertical buckling of graphene (from 0.54 Å to 1.01 Å) and the topmost gallium layer (from 0.22 Å to 0.38 Å) as oxygen concentration increases. Moreover, based on the formation energy, the surface can only adopt two states: such as clean surface or most possible oxidized; intermediate states are unlikely due to positive formation energy. In this way, when the surface is exposed to low oxygen concentrations, it remains without oxygen; when the surface is exposed to high oxygen concentrations, the first structure obtained is with 7 oxygen atoms adsorbed, then its possible to obtain a more oxidized surface but is required to apply energy to the system. In addition, the electronic properties that correspond to the two states are a conductor for the clean surface and a semiconductor for the oxidized surface. On the other hand, we also considered the inclusion of hydrogen in an oxidized surface, resulting in a decrease in its formation energy. This inclusion also influence the electronic properties of the resulting surface, because of a more stable structure with one hydrogen atom adsorbed (with conductive properties) has similar formation energy that the most stable surface with 7 and 11 oxygen atoms adsorbed (with semiconductor properties)
A DFTS-OFDM wireless system physic layer implementation operating in In-Band full-duplex mode (IBFD)
No full textSe implementó la capa física de un sistema inalámbrico de comunicaciones que contempla multiplexado por división de frecuencias ortogonales (OFDM, por sus siglas en inglés) y esparcimiento con la transformada discreta de Fourier (DFTS, por sus siglas en inglés), DFTS-OFDM, operando en modo Full-Duplex (FD). La plataforma de implementación fue el software de GNU Radio junto con el hardware de USRP (siglas en inglés de Universal Software Radio Peripheral). La operación de un nodo FD requiere de la disminución al máximo de la señal de auto-interferencia (SI, por sus siglas en inglés); para conseguirlo, se aplicaron cuatro técnicas: dos en el dominio de la propagación y dos más en el digital. En el dominio de RF se aplicó supresión pasiva de SI con el acomodo ortogonal entre los campos electromagnéticos de las antenas transmisora (Tx) y receptora (Rx), y supresión activa con la generación de una señal canceladora de SI. Las técnicas aplicadas en el dominio digital son contribuciones originales y tienen como objetivo mejorar la calidad del enlace, facilitando la cancelación del residual de la señal de SI. La primera técnica consiste en esparcir los datos digitalmente modulados con la aplicación de una DFT, previo a la formación del símbolo OFDM, generando una señal DFTS-OFDM. Con el símbolo DFTS-OFDM se consiguen dos beneficios importantes: una ganancia de codificación a la carga y el cambio de la señal con prominentes picos de potencia a una más homogénea. La segunda técnica propone utilizar símbolos OFDM con distinta cantidad de sub-portadoras (S-P, en delante), lo que produce dos sistemas virtualmente distintos coexistiendo en el mismo canal, sin posibilidad de sincronizarse erróneamente. Las primeras dos técnicas permiten atenuar la señal de SI, mientras que las dos técnicas propuestas como novedad en este trabajo, la harán ver como ruido gaussiano, facilitando su cancelación y la recuperación de la señal de interés en el nodo FD. El funcionamiento del nodo FD fue probado en un esquema de tres nodos, el cual permite tener dos enlaces distintos, operando simultáneamente sobre el mismo ancho de banda. Dos de los nodos en dicho esquema son de tipo half-duplex (HD), los cuales se enlazan al nodo FD, actuando uno como Tx y otro como Rx. Para aislar los nodos HD entre sí, se diseñó una caja con material absorbente de RF. El desempeño global al aplicar las técnicas de SIC, se midió en términos de tasa de bit erróneo (BER, por sus siglas en inglés) en función ...The physical layer of a wireless communication system that applies orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) and spreading with the discrete Fourier transform (DFTS), DFTS-OFDM, operating in Full-Duplex (FD) mode, was implemented in this thesis, using GNU (GNU’s Not Unix) Radio software and universal software radio peripheral (USRP) hardware technology. The FD operation on a device requires the reduction to a minimum level of the self-interference (SI) signal. To achieve this, four techniques were applied: two in the radio frequency (RF) domain and two in the digital domain. In the RF domain, a passive suppression is obtained by placing the transmitter (Tx) and receiver (Rx) antennas such that they generate orthogonal electromagnetic fields. Also, an active signal suppression is achieved, by generating a local SI cancellation (SIC) signal, then the obtained SIC and the Rx signals are combined and the resulting signal is feeding to the low noise amplifier at the FD receiver node. The techniques applied in the digital domain are original contributions and aim to improve the quality of the link, facilitating the cancellation of the SI signal. The first technique consists of spreading the digitally modulated data with the application of a DFT, prior to the formation of the OFDM symbol, generating a DFTS-OFDM signal. Two important benefits are achieved with the DFTS-OFDM technique: a coding gain on payload data and the shift of the signal with prominent power peaks to one with more homogeneous behavior. The second technique proposes to use OFDM symbols with different amount of sub-carriers (S-P), which produces two virtually different systems coexisting on the same channel, without the possibility of being erroneously synchronized. The first two techniques make it possible to attenuate the SI signal, while the two digital techniques, proposed as a novelty in this work, will make it look like gaussian noise, facilitating its cancellation and the recovery of the signal of interest at the FD node. The operation of the FD system was tested in a three-node scheme, using two additional half-duplex (HD) type nodes. The three node scheme allows to have two different links, operating simultaneously on the same bandwidth. To guarantee minimal interference between the HD nodes (linked to the FD node, one acting as Tx and the other as Rx), a box with RF absorbing material was designed, which allowed them to be isolated. Overall performance when applying SIC ..