Bariloche Atomic Centre
Repositorio Institucional del Centro Atomico Bariloche y el Instituto BalseiroNot a member yet
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Efectos de la interacción de intercambio en una cinta hall
Get PDFEn este trabajo se han estudiado los efectos de la interacción electrónica de Hartree y de intercambio en gases bidimensionales de electrones (2DEG), en el régimen del efecto Hall cuántico entero (IQHE). La particularidad del trabajo es que se consideraron sistemas semiconductores de GaAs=AlᵪGa1 _ ᵪAs con bordes en la geometría de la cinta Hall. Para estos sistemas y con un campo magnético aplicado en la dirección de confinamiento, se estudiaron los efectos de la interacción de Hartree y de intercambio en el régimen del IQHE. Para el estudio de los 2DEGs se consideró la aproximación de Thomas-Fermi (TF) como una primera aproximación a un cálculo
más elaborado empleando la teoría de la funcional densidad (DFT).
Usando la aproximación TF y la interacción de Hartree se calculó numéricamente los factores de llenado ѵ para sistemas con la geometría de cinta Hall. Los resultados mostraron regiones de la cinta donde el factor de llenado ѵ es constante, estas regiones espaciales son denominadas plateaus. Con estas consideraciones los plateaus aparecen solamente para valores de ѵ pares, esto se debe a que solamente se consideró la interacción de Hartree y se supuso una ocupación degenerada por el espín. En la realidad el IQHE causa que aparezcan plateaus para todos los valores enteros en el factor de llenado, pares e impares.
La originalidad de este trabajo está en considerar la interacción de intercambio y aplicarla en la aproximación TF dependiente del espín. En particular se consideró la aproximación de densidad local de espín (LSDA) para el potencial de intercambio. Con estas consideraciones se obtuvieron plateaus también para factores de llenado ѵ impares, además de que se discutió la relación entre la formación de los plateaus impares y la interacción de intercambio desde una perspectiva física. Se exploró la relevancia del campo magnético, la temperatura y el ancho de la cinta Hall en el comportamiento que tiene el factor de llenado del sistema, discutiendo además en que regímenes se manifiesta el IQHE
Dosimetría in vivo con el uso de OSL nanodot en radioterapia con intensidad modulada
Get PDFEl mayor grado de conformidad de la distribución de la dosis en los volumenes objetivo (planning target volume, PTV) y la reducción de dosis en los órganos de riesgo (organat risk, OAR) en la técnica de radioterapia de intensidad modulada (IMRT) con filtros compensadores (6 MV), conlleva un mayor grado de susceptibilidad debido a las incertidumbres espaciales inter e intra-fraccion. La dosimetría in vivo ha mostrado ser adecuada para la verificación y mejora en la precisión de la dosis dispensada. En particular, la dosimetría intracavitaria es la única que mide directamente la dosis en el PTV o en OAR. El objetivo de este trabajo consiste en realizar la dosimetría in vivo intracavitaria usando dosimetros OSL nanoDot en IMRT con ltros compensadores.
Se realizo la dosimetría in vivo intracavitaria en 56 pacientes (dos dosmetros por paciente, 112 mediciones) en tratamientos de IMRT con patologías: de recto (9), de cuello uterino (6), de próstata (22), de cabeza-cuello (18) y tumor retroperitoneal (1). En todos los casos se comparo la respuesta del OSL nanoDot con el sistema de planificación de tratamiento (TPS) MIRS v.5.1 (NUCLEMED S.A., Argentina) que cuenta con un algoritmo semi-empírico integrador de scatter. Los casos se clasificaron como PTV y OARs (en zonas de alto gradiente y de dosis bajas).
Por medio del límite de confianza denido por Palta et al. [1], fue posible obtener los niveles de acción (NA) para los casos estudiados. En los casos de PTV, el recto y cuello uterino tienen NA del 7% y en cabeza-cuello el 9 %. Estos valores concordaron con reportes internacionales en los que se sugiere un NA del 7% para dosimetría en IMRT. En los casos de OAR, el recto (en tratamientos de próstata) y cabeza-cuello
tuvieron NA del 27% y 12 %, respetivamente. En los 10 casos estudiados en la zona de dosis bajas fuera del campo, se mostraron subestimaciones por parte del TPS MIRS de hasta el 87.7 %. Esto sugiere ampliar la investigación en virtud de los factores asociados a los efectos biológicos, ya que muchas veces los TPS tienen limitaciones para calcular la dosis en estas zonas, especialmente con el advenimiento de nuevas tecnologías, las cuales pueden causar dosis mayores fuera de los bordes de campo
Análisis de mercado de un servicio de información basado en imágenes aeroespaciales para seguridad.
Get PDFLa industria de la observación terrestre comprende el uso de diferentes tecnologías de detección remota para monitorear la tierra, el mar y la atmósfera.
Esta industria tiene el potencial de generar información útil para muchos procesos del sector público y privado, relacionados con la agricultura, el monitoreo del medio ambiente, el manejo de desastres naturales, la seguridad y defensa, la silvicultura, las finanzas, la infraestructura y otras industrias. Por lo que, esta ciencia apoya la generación de políticas que regulan y mejoran la productividad operativa de manera significativa en estas diferentes actividades.
En este estudio del mercado global de la observación terrestre, se va a hacer foco en las aplicaciones relacionadas con la seguridad y defensa. Es de destacar que los gobiernos y las organizaciones internacionales, consideran de extrema importancia utilizar
diferentes conjuntos de sensores y plataformas para mantener la seguridad ante cualquier tipo de amenaza.
Dentro de las tecnologías más utilizadas en este ámbito, se encontró que los desarrollos relacionados con los satélites con radares de apertura sintética impulsarán el mercado del sensado remoto en los próximos años. Esta situación se basa en las ventajas
comparativas de esta tecnología vinculadas al funcionamiento del sensor en condiciones desfavorables (falta de luz, nubosidad y humo). El despegue de esta tecnología estará también asociado a la desaparición de las restricciones reglamentarias que limitaban la
resolución del sensor. Otra condición habilitante de esta situación es el rápido avance que se está realizando en el procesamiento e interpretación de las imágenes mediante algoritmos de machine learning.
Por lo tanto, para los próximos años se espera un impulso en la utilización de esta tecnología haciendo que crezca la demanda tanto en el ámbito tecnológico de los radares, como en la demanda de imágenes y los servicios de análisis de las mismas.
Sin embargo, debido a los actuales programas de acceso libre a imágenes satelitales, el valor de las imágenes se ha reducido en los últimos años para resoluciones espaciales entre los 10 y 100 metros: es en el rango de resoluciones espaciales menores a 10 metros
en donde el mercado parece más interesante. Por otro lado, esta creciente demanda del mercado atraerá nuevos competidores que también afectarán al precio de dichas imágenes
Diseño conceptual y prototipo de conformador de haz de neutrones, para proyecto ANDES.
Get PDFEn este trabajo se muestra el proceso para el diseño conceptual y construcción de prototipo de un dispositivo conformador de haz de neutrones, también llamado slit, para el instrumento ANDES. El mismo es un dispositivo capaz de controlar el área de salida de un haz de neutrones. Para ello fue necesario el aprendizaje en software de diseño CAD, Solid Edge ST9, y de impresión 3D, Ultimaker-
Cura; así como también aprender técnicas de impresión 3D para la construcción del prototipo.
Se obtuvo información sobre parámetros generales del slit en base a planos con que se dispuso al comienzo del trabajo, y se identificaron las necesidades a resolver. El principal problema a resolver fue el mecanismo de accionamiento de las ventanas del slit que se resolvió mediante un proceso de selección de ideas. Se diseñó y construyó un prototipo integral del slit. Luego, se adaptó el mismo a un diseño final, teniendo ciertas consideraciones ya que el prototipo se construyó en PLA y el diseño final es en su mayoría aluminio. Se generaron múltiples retroalimentaciones al diseño tanto con el diseño virtual como con la construcción del prototipo.
Se automatizó el dispositivo utilizando dos motores paso a paso, dos drivers, un microcontrolador y una CPU. Se programó una interfaz gráfica, en Python, con el fin de operar el slit desde una sala de control. Finalmente se comprobó, a través del prototipo, que el principio de funcionamiento del mecanismo de las ventanas funciona
Efecto Kondo en moléculas y átomos superficies metálicos
Get PDFEn este trabajo se presenta un estudio detallado del efecto Kondo que ocurre en
moléculas y átomos colocados sobre superficies metálicas. Para ello, se resuelven modelos
similares al de la impureza de Anderson utilizando diferentes técnicas ya conocidas
como la aproximación “non-crossing” (NCA), bosones esclavos en campo medio (SBMFA)
y “poor man’s scaling” (PMS). Se sabe que estos métodos de resolución reproducen
correctamente las escalas energéticas características del modelo más simple (una banda
de conducción y una impureza magnética con espín 1/2). Sin embargo, en situaciones
físicas más cercanas a la realidad, el modelo debe ser extendido. En la presente tesis se
desarrollan estas generalizaciones a la vez que se examinan las virtudes y limitaciones
de cada una de las aproximaciones, haciendo especial hincapié tanto en las simetrías
bajo las cuales se transforman los orbitales de estas moléculas y átomos como en las
propiedades espectrales del metal en donde se posicionan, analizando particularmente
la naturaleza de los estados.
En el capítulo 1 se realiza una reseña histórica del efecto Kondo y se introducen
los conceptos fundamentales que se utilizan en la tesis: El modelo de la impureza de
Anderson, el régimen de Kondo y el hamiltoniano de Anderson con simetría SU(4).
Además, se presentan las ecuaciones para la determinación de la conductancia diferencial
experimental medida con un microscopio de efecto túnel (STM).
Con el objetivo de adentrarse en aspectos cualitativos en torno al rol que cumple la
superficie metálica, en el capítulo 2 de la tesis se presenta un análisis teórico y experimental
para el caso de la superficie (111) de la plata. El experimento muestra que la
densidad espectral de los estados superficiales medida por la conductancia diferencial
G(V ) = dI/dV con un microscopio de efecto túnel (STM) puede sufrir modificaciones
si se introducen arreglos simples de átomos de cobalto colocados sobre la superficie.
Específicamente, se analizan los cambios producidos por resonadores que consisten en
dos paredes paralelas de estos átomos depositados sobre la superficie de Ag(111). Mediante
un modelo simple en donde el efecto de los átomos que conforman las paredes
se modela a través de un potencial local atractivo, sumado a efectos de acoplamiento
entre la impureza de cobalto con los estados superficiales y volumétricos, se pueden
comprender las características principales de la conductancia observada experimentalmente.
El propósito principal de esta investigación es adquirir una noción más amplia
respecto a la perturbación atómica en la densidad local de estados (LDOS) de la superficie
metálica en los experimentos STM. A su vez, el análisis teórico de los cambios
en la LDOS resulta un buen ejemplo en donde se permite extraer la proporción de los
estados superficiales y volumétricos en estudios de estados topológicos.
A continuación, se presenta una investigación teórica referida al rol de la banda
de estados de conducción en el efecto Kondo. Las superficies (111) de metales como
el cobre, la plata y el oro son frecuentemente utilizadas como sustratos para muchas
observaciones de este fenómeno. Estos metales se caracterizan por una banda de estados
superficiales con una densidad de estados (ps) que es aproximadamente constante
y que comienza a una energía Ds
i ligeramente por debajo de la energía de Fermi. Considerando
el hamiltoniano de Anderson más simple, se evalúa la escala de temperatura
característica T_K en función de la posición en energía del fondo de la banda Ds
i a través
de procedimientos numéricos y analíticos. El análisis de las soluciones obtenidas resulta
de gran utilidad para quienes estudian este fenómeno, puesto que permite poner
en evidencia la efectividad de los algoritmos utilizados regularmente. Por otra parte,
mediante la interpretación de los resultados se encuentra una ley de potencias simple
para la magnitud de T_K en función de Ds
i , que depende de la magnitud de las hibridaciones
entre la impureza magnética y los estados superficiales y volumétricos, así como
también de la energía del nivel localizado de la impureza y la repulsión coulombiana
en el mismo.
Empleando conceptos descriptos con anterioridad, el capítulo 3 de la tesis se dedica
a desarrollar el caso particular del efecto Kondo originado por una impureza de cobalto
sobre una superficie (111) de plata. Este sistema se examina experimentalmente sobre
una región que inicialmente está repleta de estas impurezas. Utilizando la técnica de
manipulación de átomos mediante el STM, se limpia una área de trabajo la cual manifiesta
fluctuaciones de s en función de la posición. Posteriormente, se coloca un átomo
de cobalto en diferentes posiciones de ese área, lo que posibilita estudiar este fenómeno
en función de la magnitud local de la densidad espectral estados superficiales. Se obtiene
una relación aproximadamente lineal entre la temperatura de Kondo T_K y ps. Esto
se interpreta en base a un modelo de Anderson que incluye los grados de libertad de
espín y orbital de la impureza devenidos de un análisis de la simetría puntual de los
orbitales 3d del cobalto, obteniendo un buen acuerdo con los resultados experimentales.
Los resultados que se extraen de este modelo evidencian la importancia de los estados
superficiales en la temperatura de Kondo, que normalmente son menospreciados en la
literatura, y constatan a su vez la relevancia del comienzo de la banda de conducción
superficial en estos sistemas.
Finalmente, en el capítulo 4 se estudia un sistema compuesto por una molécula de
ftalocianina de hierro (FePc) colocada sobre la superficie (111) del oro. Esta estructura
presenta una gran riqueza en términos de los comportamientos que se ven en la con respecto a la perturbación atómica en la densidad local de estados (LDOS) de la superficie
metálica en los experimentos STM. A su vez, el análisis teórico de los cambios
en la LDOS resulta un buen ejemplo en donde se permite extraer la proporción de los
estados superficiales y volumétricos en estudios de estados topológicos.
A continuación, se presenta una investigación teórica referida al rol de la banda
de estados de conducción en el efecto Kondo. Las superficies (111) de metales como
el cobre, la plata y el oro son frecuentemente utilizadas como sustratos para muchas
observaciones de este fenómeno. Estos metales se caracterizan por una banda de estados
superficiales con una densidad de estados (s) que es aproximadamente constante
y que comienza a una energía Ds
i ligeramente por debajo de la energía de Fermi. Considerando
el hamiltoniano de Anderson más simple, se evalúa la escala de temperatura
característica TK en función de la posición en energía del fondo de la banda Ds
i a través
de procedimientos numéricos y analíticos. El análisis de las soluciones obtenidas resulta
de gran utilidad para quienes estudian este fenómeno, puesto que permite poner
en evidencia la efectividad de los algoritmos utilizados regularmente. Por otra parte,
mediante la interpretación de los resultados se encuentra una ley de potencias simple
para la magnitud de T_K en función de Ds
i , que depende de la magnitud de las hibridaciones
entre la impureza magnética y los estados superficiales y volumétricos, así como
también de la energía del nivel localizado de la impureza y la repulsión coulombiana
en el mismo.
Empleando conceptos descriptos con anterioridad, el capítulo 3 de la tesis se dedica
a desarrollar el caso particular del efecto Kondo originado por una impureza de cobalto
sobre una superficie (111) de plata. Este sistema se examina experimentalmente sobre
una región que inicialmente está repleta de estas impurezas. Utilizando la técnica de
manipulación de átomos mediante el STM, se limpia una área de trabajo la cual manifiesta
fluctuaciones de s en función de la posición. Posteriormente, se coloca un átomo
de cobalto en diferentes posiciones de ese área, lo que posibilita estudiar este fenómeno
en función de la magnitud local de la densidad espectral estados superficiales. Se obtiene
una relación aproximadamente lineal entre la temperatura de Kondo T_K y ps. Esto
se interpreta en base a un modelo de Anderson que incluye los grados de libertad de
espín y orbital de la impureza devenidos de un análisis de la simetría puntual de los
orbitales 3d del cobalto, obteniendo un buen acuerdo con los resultados experimentales.
Los resultados que se extraen de este modelo evidencian la importancia de los estados
superficiales en la temperatura de Kondo, que normalmente son menospreciados en la
literatura, y constatan a su vez la relevancia del comienzo de la banda de conducción
superficial en estos sistemas.
Finalmente, en el capítulo 4 se estudia un sistema compuesto por una molécula de
ftalocianina de hierro (FePc) colocada sobre la superficie (111) del oro. Esta estructura
presenta una gran riqueza en términos de los comportamientos que se ven en la con
ductancia diferencial experimental, en donde se advierten dos escalas de energía diferentes:
una antiresonancia angosta que está montada sobre un pico ancho. Extendiendo
el modelo de Anderson para el caso de tres canales, se describe el sistema incluyendo
los orbitales relevantes que están parcialmente llenos: los orbitales degenerados 3d_π
( π = xz, yz) y el orbital 3d_z2 . Con un análisis del estado fundamental se puede caracterizar
el sistema como un líquido de Fermi, lo que permite analizar el problema con una
SBMFA generalizada. Esta aproximación permite, para parámetros razonables, describir
muy bien el espectro experimental. Se muestra que el efecto Kondo tiene lugar en
dos etapas, con diferentes escalas que se corresponden con las diferentes hibridaciones
entre el baño y los orbitales con simetría z"2 y xz-yz. Este modelo también permite
recuperar el resultado para el ancho de las resonancias Kondo cuando uno de los dos
canales está ausente, lo que permite un análisis respecto a la dependencia mutua que
presentan estas dos escalas de energía
Fabricación y caracterización estructural de laminas delgadas de Cu-Al-Ni con memoria de forma.
Get PDFEsta tesis se centra en el estudio de láminas delgadas de aleaciones Cu-Al-Ni con
memoria de forma crecidas por pulverización catódica. Éstas poseen potenciales aplicaciones
en dispositivos micro electromecánicos. La transformación martensítica del
material, que da origen al efecto memoria de forma, es sensible a la microestructura y
al espesor de las láminas delgadas. La microestructura, a su vez, depende de las condiciones
de fabricación. Con el objetivo de determinar cuáles son las mejores condiciones
para obtener láminas delgadas de aleaciones Cu-Al-Ni con efecto memoria de forma,
se crecieron láminas a diferentes temperaturas del sustrato (T_S). Esta temperatura,
la cual se varió entre temperatura ambiente y 823 K, afecta la microestructura y las
características de la transformación martensítica en las láminas. Sobre las láminas que
presentaron transformación martensítica, se probaron diferentes métodos para lograr
que el material deforme de manera controlada. Estos métodos consistieron en modificar
una de las superficies de las láminas, ya sea por litografía con posterior comido iónico
o implantación de iones de O o Al.
La microestructura de las láminas delgadas fue analizada mediante difracción de
rayos X y microscopía electrónica de transmisión. La transformación martensítica fue
caracterizada a partir de mediciones de resistencia eléctrica en función de la temperatura.
Los resultados muestran que la transformación martensíica es fuertemente afectada
por la microestructura, lo cual se evidencia por incrementos en el rango de temperatura
de transformación e histéresis mayores respecto a muestras masivas.
Se crecieron láminas delgadas de tama~nos de grano comprendidos entre 30 nm y
varios micrómetros, las cuales presentan transformación martensítica. Al aumentar el
tamaño de grano se encontró que tanto la histéresis como el rango de temperaturas de
transformación disminuyen mientras que el salto de resistencia eléctrica aumenta. Esto
es producto de la disminución en la densidad de bordes de grano, lo cual disminuye la
barrera energética para la transformación martensítica. Analizando láminas delgadas
policristalinas de espesores entre 0,10 y 2,25 μm se encontró que al reducir el espesor
se estabiliza la fase austenítica, dificultando la transformación martensítica hasta el
punto de ser suprimida por completo.
El efecto memoria de forma se analizó deformando las láminas a baja temperatura en fase martensítica y observando si se recuperaba la forma al calentar por encima de
la temperatura de transformación, en fase austenítica. Este efecto se encontró presente
en muestras con tamaños de grano por encima de 100 nm. Se buscó inducir el efecto
doble memoria de forma, el cual es la propiedad de los materiales de alternar entre
las formas de tanto la fase martensítica como de la fase austenítica. Se halló que la
implantación de iones de Al en láminas con tamaño de grano micrométrico dio los
mejores resultados
Optomecánica y optoelectrónica en microrresonadores basados en espejos de Bragg.
Get PDFEn este trabajo estudiamos un sistema propuesto algunos años atrás como un posible
candidato para la demostración de efectos optomecánicos en el rango de las decenas
y cientos de GHz, con la ventaja de ser fácilmente integrable en circuitos optoelectró-
nicos. El mismo consiste en una cavidad formada por un espaciador de GaAs ubicado
entre dos espejos de Bragg (DBRs), crecidos epitaxialmente. Dos muestras basadas en
la misma estructura fueron estudiadas: por un lado, una muestra tal como fue crecida,
es decir, plana; por otro, una muestra idéntica a la anterior, pero a la cual se le grabaron
pilares de distinto tamaño lateral mediante litografía por haces iónicos reactivos
(ICP-RIE). Este sistema con un espaciador de GaAs es el más simple de su tipo, por
lo que sirve como base para una amplia variedad de posibilidades, ya que durante el
mismo proceso de crecimiento epitaxial es posible agregar pozos y/o puntos cuánticos
donde se lo desee, permitiendo hacer ingeniería de las interacciones y del acoplamiento
con distintos grados de libertad. Entenderlo es, entonces, de gran importancia. Para
ello se realizó una serie de experimentos, en los cuales se buscó entender el sistema y los
mecanismos que gobiernan las interacciones entre fotones, electrones y fonones. Asimismo,
se buscó demostrar la existencia de efectos optomecánicos debidos al acoplamiento
entre los modos acústicos y ópticos de cavidad.
En primer lugar se estudió el efecto del confinamiento lateral sobre los modos ópticos
de las estructuras. Para ello se llevaron a cabo experimentos de microscopía de
fotoluminiscencia con resolución espacial (campo cercano) y angular (campo lejano),
mediante un sistema de microscopía desarrollado durante el presente trabajo. Para caracterizar
los modos acústicos en este tipo de estructuras se llevaron a cabo mediciones
de dispersión Raman resonante. Utilizando un arreglo que permite obtener espectros
de ultra-alta resolución se obtuvieron los primeros espectros de los modos acústicos
propios de estas estructuras. En este tipo de experimentos se observa la presencia tanto
de los modos acústicos de cavidad como de modos acústicos extendidos (de centro
de zona de Brillouin). Si bien la amplitud de las tensiones debida a estos últimos es
despreciable comparada con la correspondiente a los modos de cavidad, debido a la
simetría de su distribución espacial y a la existencia de un acoplamiento no nulo en
los espejos, la intensidad de la dispersión observada es aproximadamente del mismo
orden. A pesar de utilizar un equipo de ultra-alta resolución, los anchos espectrales de
los modos de cavidad no pudieron ser resueltos, debido a su gran factor de calidad Qm
(larga vida media).
La existencia de significativa luz espuria impidió realizar mediciones de este tipo
en pilares de diámetro menor a 60 μm. Por otro lado, si bien la dispersión Raman
aporta información valiosa respecto de efectos optomecánicos estacionarios, la dinámica
temporal de los procesos involucrados no es accesible. Incluso la vida media de los
modos acústicos de cavidad, reflejada en el ancho espectral de los modos acústicos, es
demasiado larga hasta para la máxima resolución posible experimentalmente, por lo
que tampoco puede estimarse a partir de este tipo de mediciones.
Para sortear estos problemas se investigaron, mediante la técnica de reflectometría
diferencial ultra-rápida (bombeo-sondeo), los modos acústicos de cavidad, su dinámica
temporal y el acoplamiento optomecánico. Utilizando el arreglo de microscopía multiprop
ósito desarrollado, se estudió la dependencia con el tamaño lateral (L) de la
amplitud de las vibraciones generadas y detectadas (relacionada con el factor de acoplamiento
optomecánico g0), la frecuencia de las mismas (ω_0) y su vida media (Ƭ ). Los
resultados muestran un aumento en la amplitud de las vibraciones mecánicas (α1=L)
y una disminución de su vida media (α L=ω_0), al disminuir el tamaño de los pilares.
Esta caída de la vida media debida a la micro-estructuración conlleva una diferencia
importante en el factor de calidad mecánico ջm de los resonadores de menor tamaño.
Para el modo de ~19 GHz, por ejemplo, esto se traduce en pasar de un valor nominal
de ~37000 (si se consideran sólo las pérdidas debidas al escape de fonones al substrato)
a valores reales por debajo de ~1100 para pilares de tamaño lateral menor a 7 μm.
Por otro lado, debido al confinamiento lateral generado por la micro-estructuración, se
observó un aumento en la frecuencia de los modos mecánicos. Este cambio es diferente
para los distintos modos, siendo en aproximación inversamente proporcional al área de
confinamiento y a la frecuencia de los mismos (α1=ω_0L"2). Estos resultados se explican
mediante una serie de modelos que tienen en cuenta el efecto del confinamiento lateral,
así como la influencia creciente de la imperfecciones superficiales, a medida que se
reduce el tamaño lateral.
Además de la respuesta mecánica, se analizó, en función del tamaño lateral, la
evolución del sistema electrónico luego de una excitación láser ultra-rápida, y su relación
con la dinámica del modo óptico y la eficiencia de generación y detección de fonones
coherentes. Al ser los electrones los mediadores entre los campos electromagnéticos y
las vibraciones, la comprensión de su dinámica temporal es importante para interpretar
la generación y detección de fonones coherentes en los experimentos de reflectometría
ultra-rápida. Para profundizar la comprensión de esta dinámica, y su influencia sobre
la respuesta óptica de las muestras, se diseño y se puso en práctica una nueva técnica
compuesta, la cual aprovecha las ventaja del equipo de reflectometría ultra-rápida y
del de espectroscopía. Gracias a la misma, es posible estudiar la respuesta espectral
del modo óptico durante los instantes que dura la excitación óptica, así como durante
la recuperación posterior. Durante la excitación, se presenta una dinámica compleja,
donde se observa emisión de luz desplazada en energía debido al cambio rápido en las
propiedades ópticas generado por el pulso de excitación (conversión de frecuencias). Por
otro lado, los resultados experimentales muestran una caída en el tiempo característico
de recuperación del modo óptico para pilares por debajo de ~10 μm de lado. Mediante
la comparación con un modelo teórico, se demuestra que la recuperación luego de la
excitación esta dominada por la difusión lateral de los portadores foto-excitados y su
eventual recombinación en la superficie. Mediante una ligera modificación del esquema
experimental, es posible ralentizar o incluso bloquear la recuperación del modo óptico,
por medio de la excitación de portadores con un láser de emisión continua, evidenciando
fenómenos de biestabilidad óptica.
Finalmente, se estudió un fenómeno que surge al excitar una cavidad óptica mediante
un láser de energía mayor a la del gap electrónico del GaAs, con una potencia
elevada y en un área reducida. El mismo se manifiesta por la aparición de picos de
emisión de fotoluminiscencia a energías por debajo del modo óptico fundamental. Mediante
la caracterización espacial y angular de esta emisión, y por medio de un modelo
teórico, se demuestra que esto se debe a la formación de una zona localizada de mayor
índice de refracción, que funciona como un pozo de potencial óptico 3D. Lo que esto
significa es que se forman nuevos estados ópticos permitidos, análogos a los observados
en los pilares, y confinados dentro del área excitada. Para determinar el origen de este
fenómeno, se llevaron a cabo mediciones modulando el haz de excitación mediante
un modulador de frecuencia y ciclo de trabajo sintonizables. Los resultados obtenidos
confirman que el origen del cambio en el índice de refracción es térmico.
Durante la realización de esta tesis, se logró una profunda comprensión del sistema
de interés, allanando el camino para el diseño y estudio de muestras de mayor complejidad,
así como para la demostración de efectos de retroacción dinámica en estos
dispositivos. Asimismo, se desarrollaron nuevos métodos experimentales y de procesamiento
de datos que asientan las bases para la realización de nuevos e interesantes
experimentos en el ámbito de la optoelectrónica y optomecánica en cavidades basadas
en espejos de Bragg
Optomecánica de cavidades en resonadores semiconductores híbridos.
Get PDFLa optomecánica de cavidades es el campo de estudio que explora la interacción entre
la luz y el movimiento mecánico en medios confinados. El origen de esta interacción
es simple, pero fundamental: la luz ejerce fuerza sobre la materia y las consecuencias
de esta fuerza, el movimiento, afectan a su vez al campo electromagnético mediante un
mecanismo de retroacción. Uno de los fenómenos clave en esta área de investigación es
el logro de diversas técnicas de enfriamiento óptico. El enfriamiento por láser se aplica
ampliamente a sistemas que van desde iones e átomos neutros a nanoestructuras,
partículas dieléctricas y muestras biológicas. La técnica se utiliza tanto para investigar
los aspectos fundamentales de la física cuántica como en aplicaciones prácticas entre
las que se encuentran la espectroscopía de alta resolución, los relojes atómicos y el
desarrollo de sensores ultrasensibles. Los desarrollos tecnológicos vinculados con el enfriamiento
por láser abarcan desde la implementación de protocolos cuánticos hasta
avances teóricos fundamentales. El principal resultado de esta tesis es la demostración
experimental de un nuevo esquema de enfriamiento óptico que utiliza polaritones.
Las microcavidades ópticas semiconductoras basadas en refrectores distribuidos de
Bragg (DBR) son resonadores físicos híbridos que han sido y continúan siendo objeto
de intensas investigaciones debido a muchos fenómenos físicos fundamentales y aplicaciones
en dispositivos, incluida la fascinante y rica física de los polaritones de cavidad.
Estas microcavidades tienen la capacidad de confinar en el mismo lugar del espacio
luz infrarroja y fonones acústicos GHz-THz, con la peculiaridad de que ambos poseen
la misma longitud de onda dando lugar a una superposición perfecta de los campos
optoacústicos. Estos fonones son modos de respiración de la estructura que modulan
fuertemente el modo de cavidad óptica, mejorando así fuertemente los procesos de acoplamiento
fotón-fonón. En esta tesis estudiamos las propiedades optomecánicas de un
resonador de este tipo con pozos cuánticos embebidos en el espaciador central.
Comenzamos por investigar las interacciones de los campos fonónicos y fotónicos
lentos y sus perspectivas para aplicaciones optomecánicas. Posteriormente, estudiamos
un resonador con pozos cuánticos embebidos que emulan átomos artificiales. Identificamos
que la fuerza óptica principal en estos dispositivos impulsados por láseres pulsados
es la fuerza optoelectrónica que incluye excitación real de portadores. Luego, realizamos
espectroscopía Raman con un láser continuo y demostramos que al diseñar los campos
optoacústicos podemos acoplar el campo eléctrico con modos mecánicos ultraltos de
manera selectiva y eciente hasta el rango de 200 GHz. Este experimento también nos
fue útil para medir los parámetros optomecánicos relevantes de nuestro sistema, como
el tiempo de vida media de los fonones y las constantes de acoplamiento optomecánicas.
Finalmente, mediante una técnica de bombeo y sondeo atípica en el área de optomec
ánica, demostramos la existencia de un mecanismo de alta eficiencia para el
enfriamiento óptico en resonadores híbridos semiconductores. El mecanismo involucra
la absorción de fonones entre una población de polaritones fuera de equilibrio y un
estado óptico excitado. En nuestro esquema, aprovechamos la componente excitónica
del polaritón para extraer eficientemente fonones GHz coherentes del resonador y
transferir su energía al campo fotónico frío. Al medir la amplitud de los fonones como
función del tiempo, obtenemos una reducción de un factor cincuenta en la vida media
de los fonones a medida que nos acercamos a la energía del gap del semiconductor
Modelado de dispositivos fluídicos en recintos con grandes deformaciones mediante sólidos inmersos
Get PDFLos sistemas de seguridad en instalaciones nucleares se han convertido en un importante
tema de investigación debido al impacto significativo de los accidentes nucleares.
El accidente nuclear mas reciente se produjo en Japón, en la localidad de Okuma en
la prefectura Fukushima, el día 11 de marzo de 2011. Los eventos iniciantes fueron un
sismo de grado 9 (0;56g), seguido de un tsunami con olas de 15 m de altura. Durante
el accidente, los sistemas de seguridad energizados no pudieron accionarse debido a
la perdida total de energía eléctrica (station blackout) causada por la llegada del
tsunami y del terremoto.
Una de las consecuencias de este accidente, consistió en mejorar la seguridad nuclear,
a partir del desarrollo de sistemas pasivos de seguridad. Estos sistemas se diseñan
para funcionar basados en fenómenos naturales, tales como convicción natural, la gravedad,
y la diferencia de presión, sin necesidad de contar con la intervención de un
operador o dispositivo de actuación susceptible a fallas. Un ejemplo de estos sistemas
consiste en accionar las barras de control mediante un mecanismo hidráulico.
Este dispositivo consta de una barra de control unida a un pistón móvil el cual se
encuentra inmerso dentro de una cámara con fluido. Una bomba centrífuga suministra
la presión de equilibrio debajo del pistón, necesaria para equilibrar el peso de la barra
de control y mantenerla en la posición superior durante la operación normal del reactor.
Cuando ocurre un evento iniciante, como es el caso del station blackout, las barras
caen por gravedad, garantizando el apagado del reactor.
Esta tesis tuvo como objetivo el modelado numérico de la operación de las barras de
control del reactor argentino CAREM-25. Se utilizo un código de calculo de elementos
nitos que permite simular el acoplamiento entre las ecuaciones de Navier Stokes, en
recintos de geometría variable, y el movimiento de un solido inmerso.
Se realizaron validaciones del código en situaciones similares a las de operación del
mecanismo.
Se identificaron las principales dificultades y se realizaron algunas simulaciones
preliminares
Detección temprana de desviaciones del comportamiento nominal de sistemas utilizando algoritmos de Machine Learning
Get PDFEn sistemas tan complejos como los del campo aeroespacial, los sub-sistemas se diseñan para minimizar la inferencia mutua. Sin embargo, anomalías transversales a varios sub-sistemas existen, y son difíciles de detectar y entender. Sistemas de detección de anomalías integrales juegan un papel crítico en estas situaciones. En este trabajo se presentan herramientas de Machine Learning para la detección temprana de anomalías en una plataforma del área aeroespacial. Los métodos utilizados son: Gaussian Mixture
Model, Principal Component Classier y Forecasting. Este último tiene el propósito de análisis de variables individuales, mientras que los otros dos tienen un espectro de aplicación integral, donde se apunta a la detección de cambios en la estructura de los datos y en menor medida a valores extremos individuales. En todos los casos son herramientas que se pensaron para ayudar a complementar el análisis del profesional (experto de dominio) en su trabajo, y no ser utilizadas independientemente. Son herramientas que proveen versatilidad en el análisis y permiten que se puedan aplicar ágilmente a distintos conjuntos de datos. Se lograron detectar anomalías artificiales de forma satisfactoria, para casos puntuales e integrales