Análisis a escala atómica de interfases magnéticas con aplicaciones en espintrónica

Atomic scale analysis of magnetic interfases with spintronics applications

Rocio González Díaz (2023, [Tesis de maestría])

La espintrónica es un área de la nanociencia que tiene por cometido el estudio y manipulación del espín de los electrones para el desarrollo y mejoramiento de dispositivos electrónicos. De manera particular, se ha orientado a la búsqueda de materiales para la fabricación de memorias magnéticas de acceso aleatorio (MRAM), diseñadas a partir de uniones túnel magnéticas (MTJ). Dichas uniones son heteroestructuras construidas a partir de un material aislante en cuya capa superior e inferior se dispone un compuesto ferromagnético. Una de las características de estos dispositivos es que presentan una anisotropía magnética perpendicular (PMA) y un efecto de torque por transferencia de espín (STT). Recientemente, un estudio experimental señala que la heteroestructura B2-CoAl/L10-MnAl es un candidato idóneo para la fabricación de MRAM, pues presenta PMA y STT. Sin embargo, en el trabajo experimental no se reporta un análisis de la estabilidad termodinámica de la heteroestructura. Dicho lo anterior, en este trabajo se hizo un estudio de la estabilidad termodinámica y estructural de B2-CoAl/L10-MnAl usando la teoría del funcional de la densidad (DFT). Se propusieron diferentes modelos de interfaz CoAl/MnAl y se determinó a través de un análisis energético cuál es la interfaz más estable. Los resultados obtenidos indican que la interfaz más estable sucede entre la última capa de Al del CoAl y la primera capa de Mn del MnAl. Además, se comprobó un efecto PMA en la heteroestructura B2-CoAl/L10-MnAl y se determinó que este comportamiento se origina esencialmente debido a la naturaleza ferromagnética de MnAl, pues CoAl no presenta características ferromagnéticas.

Spintronics is nanoscience area whose aim is the study and manipulation of electrons spin to development and improvement of electronic devices. In a particular way, the spintronics has focused to search of new materials to fabrication of magnetic random-access memory (MRAM), which are designed from devices call magnetic tunnel junctions (MTJ). This devices are heterostructures built from an insulating material with a ferromagnetic compound on top and bottom layers and characterized by the perpendicular magnetic anisotropy and spin-transfer torque (STT) effects prensent on it. Recently, an experimental study indicates the B2-CoAl/L10-MnAl heterostructure is a suitable candidate for the fabrication of MRAM based on MTJ devices. Nevertheless, the thermodynamic stability of the heteroestructure is not reported in the experimental work. Therefore, in this work a study of the thermodynamic and structural stability of B2-CoAl/L10-MnAl was performed using density functional theory (DFT). Different CoAl/MnAl interface models were proposed and the most stable interface was determined by an energy analysis. The results obtained, indicate that the most stable interface occurs between the last Al layer of CoAl and the first Mn layer of MnAl. In addition, a PMA effect in the B2-CoAl/L10-MnAl heterostructure was demonstrated and it was determined that this behaviour is essentially due to the ferromagnetic nature of MnAl, since CoAl does not present ferromagnetic characteristics.

simulaciones computacionales, interfases magnéticas, estabilidad termodinámica computational simulation, magnetic interfaces, termodinamic stability INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS TECNOLOGÍA DE MATERIALES PROPIEDADES DE LOS MATERIALES PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

Genotype×Environment interaction and stability analysis using GGE biplot for grain yield of bread wheat (Triticum aestivum) genotypes under low moisture stress areas of Ethiopia

Ayele Badebo Huluka Bekele Abeyo (2023, [Artículo])

Moisture Stress Grain Yield CIENCIAS AGROPECUARIAS Y BIOTECNOLOGÍA GENOTYPE ENVIRONMENT INTERACTION DROUGHT STRESS STABILITY TRITICUM AESTIVUM LATTICE DESIGN

The impact of 1.5 °C and 2.0 °C global warming on global maize production and trade

Wei Xiong Tariq Ali (2022, [Artículo])

Future Climate Scenario Data Yield Reduction Risk CIENCIAS AGROPECUARIAS Y BIOTECNOLOGÍA CLIMATE CHANGE GREENHOUSE EFFECT MAIZE MITIGATION SIMULATION ACCLIMATIZATION ADAPTATION GLOBAL WARMING

Simulación y validación de la reparación de ductos en servicio por la deposición directa de soldadura

LUIS DANTE MELENDEZ MORALES (2023, [Tesis de doctorado])

El transporte de hidrocarburos por ductos enterrados es la forma más segura, confiable y económica para su suministro, estos pueden extenderse grandes longitudes territoriales e inclusive atravesar países con tal de satisfacer la demanda energética. No obstante, los ductos pueden sufrir daños provocados por el ambiente, su operación o bien provocados por terceros, siendo necesario que sean intervenidos reemplazando las secciones dañadas. Las regulaciones nacionales y tratados internacionales desalientan la liberación de grandes cantidades de gas natural a la atmósfera, por demás de que un paro de suministro conlleva a desabasto energético, multas y a costosas operaciones asociadas con la rehabilitación del ducto, forzando a soldar envolventes y accesorios sin detener la operación de los ductos, esto se conoce como “soldadura en servicio”. La soldadura en servicio es un proceso tecnológico, por el cual se puede efectuar la interconexión y la reparación de ductos mientras están en operación, previo a realizar estas actividades, se requiere que dos riesgos sean evaluados: agrietamiento por hidrógeno y quemada pasante. Las simulaciones actuales y validaciones evalúan estos riesgos de forma independiente, pero debido a su interdependencia estos riesgos deben evaluarse en conjunto. Un método de reparación que no es normalmente empleado, pero con un alto potencial debido a su simplicidad y versatilidad, es la deposición directa de soldadura. En la presente investigación, se realizó una simulación numérica fluido-termo-mecánica acoplada con validación experimental, de la reparación de un tubo con flujo presurizado conteniendo un defecto interno por la deposición directa de soldadura. Por medio de la cual, es posible predecir el comportamiento estructural del ducto mientras se realiza la reparación.

La simulación numérica se efectuó con el apoyo del software ANSYS versión académica 22R2, siendo esta una herramienta de última generación capaz de contribuir en la predicción de mecanismos complejos como lo es la soldadura en servicio, incrementando con ello la seguridad y confiabilidad de estas operaciones. Cabe hacer mención, que la regulación nacional prohíbe la reparación de defectos internos por la deposición directa de soldadura, esto se debe principalmente a la falta de investigaciones validadas que respalden su viabilidad. Los resultados demostraron la efectividad de emplear este método de reparación para restaurar la resistencia mecánica de los ductos. Las inspecciones por pruebas no destructivas superficiales, subsuperficiales y volumétricas, evidenciaron que no ocurrió agrietamiento inmediatamente al finalizar la reparación y retardada (posterior a por lo menos 12 horas después de haberse finalizada la reparación, tiempo suficiente para permitir la difusión de hidrógeno atómico a hidrógeno molecular). Las curvas de tendencia de temperatura mostraron buena aproximación teniéndose una diferencia máxima de 5.09% entre los resultados numéricos y experimental. Los resultados numéricos y experimentales de la deformación perimetral a lo largo de la longitud de la tubería mostraron un comportamiento similar con una diferencia significativa del 17.7% entre los valores numéricos atribuidos a la falta de información de entrada para las propiedades de la soldadura. El análisis estructural efectuado en este estudio emplea la estimación del riesgo de quemada pasante bajo presión interna, determinado por la ocurrencia de abultamiento radial localizado. Los resultados numéricos indican que no ocurre deformación plástica relevante. Se hace una fuerte recomendación para que las evaluaciones de análisis térmico empleen la morfología actual del defecto y no solo consideren el espesor remanente del tubo. De acuerdo con la revisión bibliográfica realizada y recientemente publicada, este tipo de simulación numérica acoplada con validación experimental de la reparación de ductos en servicio por deposición directa de soldadura para la reparación de defectos internos contemplando la prevención de quemada pasante y agrietamiento por hidrógeno no ha sido realizada con anterioridad.

Hydrocarbon transportation by buried pipelines is the safest, most reliable, and economical way for its supply; these can extend long territorial distances and even cross countries with the purpose of satisfying the energy demand. However, the pipelines can suffer damages caused by their environment, their operation, or provoked by third parties, making necessary interventions to replace the damaged sections. National regulations and international agreements discourage the release of large quantities of natural gas into the atmosphere; moreover, a stop in its supply entails an energetic shortage, fines, and expensive operations associated with the pipeline rehabilitation, forcing to weld sleeves and fittings without stop the pipeline operation, this is known as “In-Service Welding”. In-Service welding is a technological process for which interconnection and repair of pipelines can be made while they are in operation; before making it, two main risks need to be assessed: hydrogen cracking and burn-through. Current simulations and validations assess these risks independently, but due to their interdependence, these risks need to be assessed in conjunction. A repair method not normally used but with high potential due to its simplicity and versatility is the direct deposition of the weld. In the present research, a fluid-thermo-mechanical coupled numerical simulation with experimental validation was done of a repair on a pipe with pressurized flow having an internal defect by direct deposition of the weld. It is possible predict the structural behavior of a pipeline while the reparation is performed.

The numerical simulation was done with the support of ANSYS software academic version 22R2, the latest generation tool able to contribute to the prediction of complex mechanisms, as is in-service welding, increasing the security and confidence of these operations. It is worth mentioning that national regulation forbids the reparation of internal defects for direct deposition of the weld; the main reason is the lack of validated investigations supporting its viability. The results demonstrated the effectiveness of using this repair method to restore the mechanical strength of pipelines. Surface, sub-surface, and volumetric non-destructive inspections evidenced no cracking immediately to finish the repair and delayed (after at least 12 hours of having finished the repair, time enough to allow the hydrogen diffusion from atomic hydrogen to molecular hydrogen). Temperature tendency curves showed good approximations, having a maximum difference of 5.09 % between numerical and experimental. Perimeter deformation along the pipe length between numerical and experimental results displayed a similar behavior with a significant difference of 17.7% against numerical values attributed to the lack of input data for weld properties. The structural analysis performed in this study used the approach of the risk of burn-through under internal pressure determined by the occurrence of localized radial bulging. Numerical results indicated no relevant plastic strain occurs. It is strongly recommended that thermal analysis assessments using the actual defect morphology be performed, not only considering the remaining thickness of the pipe. According to the bibliographic revision performed and recently published, this kind of coupled numerical simulation of in-service repair or pipelines by direct deposition for repairing internal defects considering the prevention of burn-through and hydrogen cracking has not been done.

Ducto Soldadura en servicio Quemada pasante Agrietamiento por hidrógeno Reparación de soldadura Simulación numérica Pipeline In-service welding Burn-through Hydrogen cracking Weld repair Numerical simulation INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS OTRAS ESPECIALIDADES TECNOLÓGICAS OTRAS ESPECIALIDADES TECNOLÓGICAS

Uso del campo magnético y de materiales magnéticos como auxiliares en el tratamiento del agua y del agua residual

MERCEDES ESPERANZA RAMIREZ CAMPEROS LUCIANO SANDOVAL YOVAL Lina Cardoso Marco Antonio Garzón-Zúñiga Ana Cecilia Tomasini Ortiz IVAN EMMANUEL VILLEGAS MENDOZA (2013, [Documento de trabajo])

Tabla de contenido: 1. Uso del campo magnético como auxiliar en el tratamiento del agua y del agua residual -- 2. Bacterias magnetotácticas -- 3. Tratamiento del agua residual por medio de magnetismo y nanopartículas -- 4. Construcción de dispositivos magnéticos -- 5. Experimentos en régimen discontinuo o batch -- Conclusiones.

El objetivo del proyecto ha sido utilizar el campo magnético como herramienta para el tratamiento del agua y agua residual. Dentro de los objetivos específicos están el construir un dispositivo e instalarlo en un equipo a escala real, así como realizar pruebas preliminares del uso del campo magnético en la remoción de sólidos suspendidos, materia orgánica, nutrientes y microorganismos de agua residual.

1. Uso del campo magnético como auxiliar en el tratamiento del agua y del agua residual -- 2. Bacterias magnetotácticas -- 3. Tratamiento del agua residual por medio de magnetismo y nanopartículas -- 4. Construcción de dispositivos magnéticos -- 5. Experimentos en régimen discontinuo o batch -- Conclusiones.

Tratamiento del agua Tratamiento de aguas residuales Campo magnético Inducción magnética Informes de proyectos INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

Evaluation of Kenya stem rust observation nursery wheat genotypes for yield and yield components under artificial rust conditions

Mandeep Randhawa (2021, [Artículo])

Grain Yield Yield Stability Genotype x Season Interaction CIENCIAS AGROPECUARIAS Y BIOTECNOLOGÍA WHEAT HERITABILITY YIELDS RUSTS GENOTYPES

Modeling the growth, yield and N dynamics of wheat for decoding the tillage and nitrogen nexus in 8-years long-term conservation agriculture based maize-wheat system

C.M. Parihar Dipaka Ranjan Sena Prakash Chand Ghasal Shankar Lal Jat Yashpal Singh Saharawat Mahesh Gathala Upendra Singh Hari Sankar Nayak (2024, [Artículo])

Context: Agricultural field experiments are costly and time-consuming, and their site-specific nature limits their ability to capture spatial and temporal variability. This hinders the transfer of crop management information across different locations, impeding effective agricultural decision-making. Further, accurate estimates of the benefits and risks of alternative crop and nutrient management options are crucial for effective decision-making in agriculture. Objective: The objective of this study was to utilize the Crop Environment Resource Synthesis CERES-Wheat model to simulate crop growth, yield, and nitrogen dynamics in a long-term conservation agriculture (CA) based wheat system. The study aimed to calibrate the model using data from a field experiment conducted during the 2019-20-2020-21 growing seasons and evaluation it with independent data from the year 2021–22. Method: Crop simulation models, such as the Crop Environment Resource Synthesis CERES-Wheat (DSSAT v 4.8), may provide valuable insights into crop growth and nitrogen dynamics, enabling decision makers to understand and manage production risk more effectively. Therefore, the present study employed the CERES-Wheat (DSSAT v 4.8) model and calibrated it using field data, including plant phenological phases, leaf area index, aboveground biomass, and grain yield from the 2019-20-2020-21 growing seasons. An independent dataset from the year 2021–22 was used for model evaluation. The model was used to investigate the relationship between growing degree days (GDD), temperature, nitrate and ammonical concentration in soil, and nitrogen uptake by the crop. Additionally, the study explored the impact of contrasting tillage practices and fertilizer nitrogen management options on wheat yields. The experimental site is situated at ICAR-Indian Agricultural Research Institute (IARI), New Delhi, representing Indian Trans-Gangetic Plains Zone (28o 40’N latitude, 77o 11’E longitude and an altitude of 228 m above sea level). The treatments consist of four nitrogen management options, viz., N0 (zero nitrogen), N150 (150 kg N ha−1 through urea), GS (Green seeker based urea application) and USG (urea super granules @150 kg N ha−1) in two contrasting tillage systems, i.e., CA-based zero tillage (ZT) and conventional tillage (CT). Result: The outcomes exhibited favorable agreement between the model’s simulations and the observed data for crop phenology (With less than 2 days variation in 50% onset of flowering), grain and biomass yield (Root mean square error; RMSE 336 kg ha−1 and 649 kg ha−1, respectively), and leaf area index (LAI) (RMSE 0.28 & normalized RMSE; nRMSE 6.69%). The model effectively captured the nitrate-N (NO3−-N) dynamics in the soil profile, exhibiting a remarkable concordance with observed data, as evident from its low RMSE = 12.39 kg ha−1 and nRMSE = 13.69%. Moreover, as it successfully simulated the N balance in the production system, the nitrate leaching and ammonia volatilization pattern as described by the model are highly useful to understand these critical phenomena under both conventional tillage (CT) and CA-based Zero Tillage (ZT) treatments. Conclusion: The study concludes that the DSSAT-CERES-Wheat model has significant potential to assess the impacts of tillage and nitrogen management practices on crop growth, yield, and soil nitrogen dynamics in the western Indo-Gangetic Plains (IGP) region. By providing reliable forecasts within the growing season, this modeling approach can facilitate better planning and more efficient resource management. Future implications: The successful implementation of the DSSAT-CERES-Wheat model in this study highlights its applicability in assessing crop performance and soil dynamics. Future research should focus on expanding the model’s capabilities by reducing its sensitivity to initial soil nitrogen levels to refine its predictions further. Moreover, the model’s integration with decision support systems and real-time data can enhance its usefulness in aiding agricultural decision-making and supporting sustainable crop management practices.

Nitrogen Dynamics Mechanistic Crop Growth Models Crop Simulation CIENCIAS AGROPECUARIAS Y BIOTECNOLOGÍA NITROGEN CONSERVATION AGRICULTURE WHEAT MAIZE CROP GROWTH RATE SIMULATION MODELS

Enhancement of plant variety protection and regulation using molecular marker technology

Yunbi Xu Jian Zhang Jiansheng LI (2022, [Artículo])

Plant Variety Protection Distinctness-Uniformity-Stability Essentially Derived Variety Molecular Markers Molecular Diagnostics Genetic Similarity CIENCIAS AGROPECUARIAS Y BIOTECNOLOGÍA GENETICS GENETIC MARKERS PLANT BREEDING VARIETIES

Towards an Emotional Validation of Heuristic Approaches for Usability Evaluation

YAZMIN MAGALLANES VELAZQUEZ ARIEL MOLINA RUEDA JOSE ALFREDO SANCHEZ HUITRON MARIBEL YENNY MENDEZ BERNAL (2012, [Artículo])

Este artículo presenta una investigación inicial sobre las maneras en que la evaluación emocional de interfaces de usuario puede extender y validar la evaluación heurística de sistemasinteractivos. Mediante la recolección de respuestas de dos grupos de usuarios, este trabajo seenfoca a detectar si existe una correlación entre la evaluación emocional de aspectos específicos de interfaces de usuario y la evaluación correspondiente realizada por expertos en interacción. Primero se obtuvo retroalimentación de expertos en interacción acerca de los problemas potenciales de una interfaz multi-táctil, con base en un enfoque heurístico. Posteriormente, se plantearon escenarios para observar a usuarios inexpertos y obtener respuestas emocionales a los aspectos considerados problemáticos por los expertos. Nuestros hallazgos iniciales indican que hay una correlación importante entre los aspectos problemáticos señalados por los expertos y las respuestas emocionales de los usuarios inexpertos, pero también que algunos de los aspectos problemáticos no necesariamente implican emociones negativas duraderas. Sugerimos entonces que una evaluación emocional de sistemas interactivos puede enriquecer y validar los enfoques heurísticos para evaluación de usabilidad.

This paper presents an initial investigation on how an emotional assessment of user interfaces may extend and validate the heuristic evaluation of the usability of interactive systems. Through the elicitation of responses from two groups of users, we focused on detecting whether a correlation exists between emotional assessment of specific interface issues and the corresponding evaluation by interaction experts. Using a prototypical multi-tactile interface and a heuristic

approach, we first obtained feedback from interaction experts regarding its potential problems and issues. We then devised scenarios for observing novel users and eliciting their emotional responses to the issues raised by our experts. Our initial findings indicate a significant correlation exists between the issues raised by expert users and the emotional responses of novel users, but also that some of those issues do not necessarily lead to long lasting negative emotions. We thus posit that emotional evaluation of interactive systems may be helpful for enriching and validating heuristic approaches for usability evaluation.

INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA Usabilidad Evaluación emocional Evaluación Heurística Interfaces multi-táctiles Usability Emotional evaluation Heuristic evaluation Multi-tactile interfaces

Evaluación de la intrusión salina utilizando el método electromagnético transitorio (TEM) y análisis de iones mayores e isótopos estables del agua en el acuífero La Misión, B.C., México

Saline intrusion assessment using transient electromagnetic method (TEM) and analysis of major ions and stable isotopes of water in La Mision aquifer, B.C., Mexico

Yesica Guadalupe Cabrera Sillas (2023, [Tesis de maestría])

El acuífero La Misión constituye una fuente importante de abastecimiento de agua en la zona semiárida de Ensenada, Baja California, México. La explotación intensiva del acuífero puede haber desarrollado el deterioro de la calidad del agua subterránea, y con ello el avance del agua de mar. El presente estudio se centra en la evaluación de la posible intrusión salina en el acuífero costero La Misión a partir de técnicas geofísicas e hidrogeoquímicas. De acuerdo con investigaciones anteriores, se plantea la hipótesis de que el acuífero está afectado por procesos de mezcla de agua de mar principalmente en la franja costera. El estudio geofísico comprende 11 sondeos Transitorios Electromagnéticos (TEM). Además, se recolectaron 18 muestras de agua subterránea en temporada de secas y lluvias, donde se analizaron isótopos estables (δ18O y δ2H) y los principales iones mayores (Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Cl-, HCO3, CO32- y SO42-). La inversión de datos geofísicos en 1D revela dos acuíferos en la zona de estudio; 1) el acuífero de depósitos de arena aluvial saturado superficial con un rango de resistividad de 2.1-5.5 Ωm y un espesor <80 m (UH2); 2) el segundo pertenece a un acuífero semiconfinado compuesto por limolitas y areniscas con resistividades de 13.8 a 21.4 Ωm (UH4). Los resultados hidroquímicos muestran que los principales tipos de aguas subterráneas son Ca-Cl, mixtas y Na-Cl. Además, las diversas relaciones iónicas confirmaron el proceso de intercambio iónico inverso donde el Ca2+ y el Mg2+ en la matriz del acuífero se han reemplazado por Na+ en sitios favorables. El cálculo del índice de saturación de minerales indica que las muestras de agua subterránea están saturadas con respecto a los minerales de carbonato. Por lo tanto, estos resultados sugieren que el acuífero costero La Misión está sujeto a la influencia continua de la mezcla de agua de mar, disolución de minerales carbonatados ayudado por la interacción agua-roca, y los procesos de intercambio iónico. Considerando que éstos son los factores determinantes que están controlando la evolución del agua subterránea en esta zona.

The Misión aquifer is an important source of water supply in the semi-arid zone of Ensenada, Baja California, Mexico. Intensive exploitation of the aquifer may have developed groundwater quality deterioration, and the advance of seawater. The present study focuses on the evaluation of possible saline intrusion in the coastal aquifer of La Misión, using geophysical and hydrogeochemical techniques. Based on previous research, it is hypothesized that the aquifer is affected by seawater mixing processes mainly in the coastal strip. The geophysical survey comprises 11 Transient Electromagnetic soundings (TEM). In addition, a total of 18 groundwater samples were collected in dry and post rainy season, where stable isotopes (δ18O and δ2H) and the main major ions (Na+, K+, Ca2+, Mg2+, and Cl-, HCO3-, CO32- and SO42-) were analyzed. One-dimensional inversion geophysical data reveals two aquifers in the study area. 1) the shallow saturated alluvial sand deposit aquifer with a resistivity range of 2.1-5.5 Ωm and a thickness <80 m (UH2). 2) the second belongs to a semi-confined aquifer composed of siltstones and sandstones with resistivities of 13.8 to 21.4 Ωm (UH4). Hydrochemical results show that the main groundwater types are Ca-Cl, mixed and Na-Cl. In addition, the various ionic ratios confirmed the reverse ion exchange process where Ca2+ and Mg2+ in the aquifer matrix have been replaced by Na+ at favorable sites. Calculation of the mineral saturation index indicates that the groundwater samples are saturated with respect to carbonate minerals. Therefore, these results suggest that the coastal Mission aquifer is subject to the continuous influence of seawater mix, dissolution of carbonate minerals aided by water-rock interaction, and ion exchange processes. Considering these processes, the important determining factors that are controlling the evolution of groundwater in this zone.

Agua subterránea, resistividad, interacción agua-roca, índice de saturación, salinidad. Groundwater, resistivity, water-rock interaction, saturation index, salinity. CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA CIENCIAS DE LA TIERRA Y DEL ESPACIO GEOFÍSICA GEOMAGNETISMO Y PROSPECCIÓN MAGNÉTICA GEOMAGNETISMO Y PROSPECCIÓN MAGNÉTICA