Estudio de la estructura electrónica del diboruro de magnesio

Graciela del Carmen Ortiz Cortez (2004, [Tesis de maestría])

Se presenta un estudio de las propiedades estructurales y electrónica del estado base del diboruro de magnesio, MgB2. Se empleó el método de primeros principios para obtener las propiedades electrónicas relacionadas con el cálculo de la energía total del sistema, estructura de bandas, densidad de estados, análisis poblacional de Mulliken y densidad de carga electrónica; cálculos de masa efectiva de huecos ligeros y pesados, y de electrones, así como propiedades estructurales tales como parámetros de red y módulo de volumen. Los resultados se comparan con resultados experimentales y teóricos existentes en la literatura. Los cálculos ab initio fueron realizados por medio del método Hartree-Fock con correlación electrónica, el cual emplea combinaciones lineales de orbitales atómicos con un procedimiento de Campo Autoconsistente. Se empleó la aproximación de gradiente generalizado de Perdew-Wang de la teoría de funcional de la densidad para el término de correlación e intercambio. Todos los cálculos de la energía del estado base, funciones de onda electrónicas y propiedades del sistema fueron realizados con el programa computacional CRYSTAL98. Mediante cálculos de energía total se determinan los parámetros de red y el módulo de volumen, obteniéndose valores muy semejantes al valor experimental. Los cálculos de bandas de energía y densidad de estados obtenidos, así como también la información derivada del cálculo de la densidad de carga electrónica y masa efectiva, proporcionan información de la estructura electrónica de este material que concuerdan con otros resultados reportados. El análisis de la estructura de bandas indica un comportamiento metálico debido a contribuciones mayoritarias de las bandas p del B, observándose que dos bandas de valencia semillenas px,y cruzan el punto sobre el nivel de Fermi, proporcionando una región de huecos en la dirección -. La densidad de estados muestra contribuciones en mayor medida de orbitales p del B a la región de valencia y en menor medida de orbitales s y p del Mg. Se observa una banda ancha alrededor del nivel de Fermi formada por contribuciones de orbitales pz del Mg y B, denotando una gran correlación entre estos estados e indicando un fuerte enlace entre éllos. El estudio de la densidad de carga volumétrica muestra un enlace covalente B-B y un enlace tipo iónico Mg-B.

In this work we present a study of structural and electronic properties of the ground state of the magnesium diboride, MgB2. We performed an ab initio method to obtain electronic properties related with calculation of total energy of system, bands structure, density of states, Mulliken population analysis, and electronic charge density; the light and heavy hole and electron effective mass calculations, as well as structural properties such as lattice parameters and bulk modulus. The calculated data are compared with available experimental and theoretical results. The ab initio calculations were performed using Hartree-Fock method with electronic correlation, which employs linear combination of atomic orbital method (LCAO), in a self-consistent-field process. The generalized gradient correction of Perdew-Wang of the density functional theory approximation to the electron exchange-correlation potential was used. All the calculations of the ground state energy, electron wave functions and system properties were performed with the computational package CRYSTAL98. By means of total energy calculations, we determine the lattice parameters and bulk modulus and we obtained results very similar to the experimental data. The energy bands and density of state calculated, as well as the charge density and effective mass provide electronic structural information of this material, which agrees with other reported results. The analysis of the structural bands shows a metallic behavior due to a greater contribution of the B p bands. We observe that two unfilled px,y valence bands cross the point over the Fermi level and they provide a region of holes in - direction. Density of state shows that most of the contribution to the valence region comes from B p orbital, and to a lesser extent from Mg s and p orbital. We can observe a wide band around Fermi level made from contribution of both Mg and B pz orbital, which shows a strong correlation between these states, also, this indicates the strong bond between them. The study of the volumetric charge density shows a strong B-B covalent bond as well as an ionic bond MgB.

Superconductores de alta temperatura,Diboruro de magnesio,Estructuras electrónicas CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA OTRAS ESPECIALIDADES FÍSICAS OTRAS ESPECIALIDADES FÍSICAS

Dosimetría termoluminiscente de cristales de KCl:Eu2+ y KBr:Eu2+ irradiados con luz UV y radiación ionizante.

Rodrigo Meléndrez Amavizca (1996, [Tesis de doctorado])

Recientemente, se han realizado desarrollos muy importantes relacionados con la fabricación e investigación de nuevos materiales termoluminiscentes. Estos deben ser adecuados para la detección y medición de la radiación ionizante (rayos x, α, β y ϒ) y no ionizante (luz ultravioleta). El estudio de estos materiales tiene muchas aplicaciones médicas; por ejemplo en rayos x, quimioterapia y en investigaciones científicas relacionadas con el cáncer humano y el medio ambiente (agujero de ozono). En el presente trabajo, estudiamos las propiedades termoluminiscentes de los cristales de KCl:Eu2+ irradiados con luz UV (202 y 240 nm), rayos x, α, β, y ϒ. En el caso del KBr:Eu2+, solamente irradiamos con luz UV (202 y 240 nm) y rayos x suaves; sin embargo, en el último caso escogimos distintos tratamientos térmicos (773 y 873 K) durante media hora. Las curvas de TL del KCl:Eu2+ irradiado con radiación ionizante y luz UV (202 nm) muestran características comunes; un pico de alta intensidad alrededor de 470 K y uno de baja intensidad cerca de 370 K. Sin embargo, para muestras irradiadas con luz de 240 nm, el pico de TL de 470 K es bajo en intensidad mientras el pico de TL de 370 K tiene una alta intensidad. Las curvas de TL del KBr:Eu2+ irradiado con luz UV de 202 nm al igual que con rayos x suaves son muy similares. Irradiando con luz UV de 240 nm obtenemos una curva de TL más complicada (deconvolución de seis picos de TL). Todos los picos tienen una respuesta lineal de la TL integrada como función del tiempo de irradiación, excepto el primer pico (337 K) el cual no tiene dicho comportamiento que podría ser debido a su fuerte fading. En resumen, los detectores termoluminiscentes de KCl:Eu2+ y KBr:Eu2+ son adecuados para aplicaciones dosimétricas tanto para radiación ionizante como no ionizante. Además, hemos obtenido las curvas de excitación de TL de cristales mixtos KBrxCl1-x : Eu2+. En los casos de x ≥ 0.50 encontramos dos picos; el primero está centrado en 205 nm, asociado con la banda a del KBr puro (Kristianpoller N. e Israeli M., 1970). El segundo pico está en la región de 230 a 240 nm, dependiendo del ion Eu2+ en el cristal mixto. Los picos de 230 y 238 nm en el KClLEu2+ y KBr:Eu2+ respectivamente, son los límites para x=0 y x=1 en los cristales mixtos. Para el caso de x ≤ 0.40 solamente observamos el segundo pico. Los resultados de nuestro trabajo están de acuerdo con los obtenidos por (Aguirre de Carcer et al, 1988). Las bandas de luminiscencia de la termoluminiscencia que observamos en el KCl:Eu2+ estén centrados en 419 nm, debidos a los dipolos de europio y es posible que tengamos a dos bandas anchas traslapadas en 439 y 478 nm, que son debidas a precipitados metaestables del tipo EuCl2. En el caso del KBr:Eu2+ tenemos dos bandas, una centrada en 423 nm, debida a la emisión de europio y otra en 459 nm debida a precipitados metaestables del tipo EuBr2.

Recently, there have been many significant developments related with the fabrication and performance of new thermoluminescent (TL) materials. These materials must be adequate to detect and measure ionizing (x-rays, x, α, β, and ϒ) and non-ionizing (UV light) radiation. These materials have many medical applications; for example in x-rays, chemotherapy and scientific research related with human cancer and the environment (the ozone hole). In the present work, we study the thermoluminescent properties of the KCl:Eu2+ single crystals irradiated with UV light (202 and 240 nm), x-rays, x, α, β, and ϒ. In the case of the KBr:Eu2+, we have irradiated only with UV light (202 and 240 nm) and soft x-rays, however in the last case, we have chosen different annealing treatments (773 and 873 K) during half an hour. The TL glow curves of KCl:Eu2+ irradiated with ionizing radiation and UV light (202 nm) show common features; a high intensity peak around 470 K and a low intensity one near 390 K. However, for samples irradiated with 240 nm UV light the 470 K TL peak is low in intensity while the 370 K TL peak has high TL intensity. The glow curves of TL for the KBr:Eu2+ irradiated with UV light of 202 nm as well as with soft x-rays is very similar. Irradiation with UV light of 240 nm give rise to a TL glow curve more complicated (deconvolution of six TL peaks). All peaks have a linear response when the integrated TL is plotted as a function of irradiation time, except for the first peak (337 K). This could be due to its strong fading properties. In short, the KCl:Eu2+ and KBr:Eu2+ thermoluminescent detectors are suitable for dosimetric application with either ionizing or non-ionizing sources of irradiation. Furthermore, we have obtained the TL excitation curves of KBrxCl1x:Eu2+ mixed crystals. In the cases of x ≥ 0.50 we have found two peaks; the first one is centered at 205 nm, and associated with the band of pure KBr (Kristianpoller N. and Israeli M., 1970). The second peakis in the region of 230 to 240 nm, depending of the Eu2+ ion on the host of mixed crystals. The 230 and 238 nm peaks in KCl:Eu2+ and KBr:Eu2+ crystals respectively, are the limit case for x=0 and x=1 in the mixedcrystals. In the case of x ≤ 0.40 we have observed only the second peak. The results of our work are in agreement with that of Aguirre de Carcer et al, (1988). The luminescence of the TL bands that we have observed in KCl:Eu2+ are centered at 419 nm, due to the europium dipoles, and it is possible that we have two overlapped broad bands at 439 and 478 nm, due to metastable EuCl2- type precipitates. In the case of KBr:Eu2+, these are two bands, one centered at 423 nm, associated to the europium emission and a second one in 459 nm attributed to a metastable EuBr2 -type precipitate.

Dosimetría temoluminescente, Cristales - Termoluminiscencia CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA OTRAS ESPECIALIDADES FÍSICAS OTRAS ESPECIALIDADES FÍSICAS

Synthesis of Ferroelectric and Multiferroics Thin films of BiMnO3/ SrTiO3 and Structural, Piezoelectric, Magnetic, Optical, and Mechanical Properties Characterization

Glory Valentine Umoh (2022, [Tesis de doctorado])

Multiferroic characteristics of BiMnO3 thin films offer great prospects to explore, either

in terms of ferroelectricity, ferromagnetism, or ferroelasticity. Ferroelectric and

ferromagnetic materials can be used in data storage due to their electrical and magnetic

properties. Ferroelastic can find its application in microelectromechanical systems

devices. This dissertation focused on the synthesis, characterization, and improvement of

the multiferroic properties of polycrystalline BiMnO3 thin films as well as the elaboration

influence of Cu on the magnetism of BiMnO3 thin films. BiMnO3 films were grown on

three different substrates, Si (001), Pt-buffered Si (001), Nb-doped SrTiO3 (100), and also

doped with different amounts of Cu. The films were characterized using techniques such

as X-Ray diffraction (XRD), scanning electron microscope (SEM), HRTEM

observations, by energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS), atomic force microscopy

(AFM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), Raman spectroscopy, Visible-near-IR

spectroscopy (Vis-NIR), electron energy loss spectrometer (EELS), nanoindenter,

superconductor quantum interference device (SQUID) magnetometer, and finally, the

polarization-electric field (P-E) hysteresis loops of the BiMnO3 thin films were conducted

at 200 and 300 K. There are several studies on the growth of thin films, however, they are

not clear and in some cases contradictory, therefore, different parameters were controlled

during the deposition in terms of working pressure, RF power, substrate, deposition

10

temperature, and target to substrate distance. After deposition ex-situ thermal treatment

was carried out in order to compensate for the volatility of bismuth and also to eliminate

secondary phase.

Kramer’s–Krӧnig analysis was used to determine bandgap, via a polynomial fit in the

energy loss function (ELF) plot with an Eg = 1.63 eV, complex dielectric function, and

static dielectric constant, ε* = 4.68 of the grown BiMnO3 thin films. The reflection

coefficient Ґl of the BiMnO3 thin films was used to elucidate the reflection loss in the

BiMnO3 thin films. XPS analysis revealed the existence of Mn charge transition of 3+

and 4+ states. Resistivity result describes BIMnO3 as a semiconductor. The

nanomechanical characterization demonstrated that the region of penetration depth was

below 10% of BiMnO3 film thickness. Young's modulus (E), hardness (H), and Stiffness

(S) were measured to be 142 ± 3 GPa, 8 ± 0.2 GPa, and 44072 ± 45 N/m respec

SÍNTESIS DE MATERIALES Materiales Multiferroicos CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA OTRAS ESPECIALIDADES FÍSICAS OTRAS OTRAS

Cálculo del tensor dieléctrico efectivo de medios anisotrópicos granulados

Calculation of the effective dielectric tensor of granular anisotropic media

Carlos Enrique Román Velázquez (1999, [Tesis de doctorado])

En este trabajo nos hemos dedicado al problema del cálculo de la respuesta dieléctrica de sistemas formados por partículas anisotrópicas. Desarrollamos dos enfoques que aplicamos a dos distintos tipos de sistemas. En el primero, dentro de la aproximación dipolar, desarrollamos un formalismo para el cálculo del tensor dieléctrico efectivo de un medio compuesto granular con partículas anisotrópicas. Esto se hace dentro de la Aproximación de Campo Medio (ACM) basados en un modelo estadístico microscópico del material. Siguiendo un desarrollo riguroso, justificado en todo momento, desarrollamos una extensión de la ACM para este tipo de materiales. Esto nos ha permitido obtener correcciones al tensor dieléctrico efectivo al considerar correlaciones orientación-posición de las partículas, que son despreciadas usualmente en el método de cálculo de la ACM. Uno de los objetivos en esta parte es presentar una alternativa a los modelos fenomenológicos basados en la extensión de la ecuación de Maxwell Garnett o del método de Lorentz tomados de la teoría de la respuesta dieléctrica de medios con inclusiones isotrópicas. Por otra parte, lo riguroso de nuestro formalismo nos permite resolver controversias existentes entre los resultados de otros modelos no suficientemente justificados. En un segundo enfoque desarrollamos una representación espectral multipolar de la respuesta dieléctrica efectiva de un medio constituido por partículas esferoidales con tamaños, posiciones y orientaciones arbitrarias. Esta representación permite determinar la respuesta del sistema directamente de sus propiedades geométricas. Este método lo hemos aplicado a dos importantes sistemas de partículas anisotrópicas de geometría restringida. En el primero de ellos calculamos la polarizabilidad efectiva de una partícula esferoidal situada sobre un sustrato. En este caso la representación espectral de la respuesta dieléctrica nos ha permitido desarrollar un estudio sistemático de las propiedades ópticas de este sistema y determinar la importancia de las contribuciones multipolares en la respuesta del sistema como función de la forma de la partícula, su distancia al sustrato, y las propiedades dieléctricas del sustrato y el medio en que está inmersa. Aplicamos este...

esferoides, dieléctrico, multipolo CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA OTRAS ESPECIALIDADES FÍSICAS OTRAS ESPECIALIDADES FÍSICAS

ESTUDIO DE METAMATERIALES TÉRMICOS PARA APLICACIÓN EN DIFUSORES TÉRMICOS IDEALES

LUIS ALFONSO NUÑEZ BETANCOURT (2019, [Tesis de doctorado])

METAMATERIALES DIFUSORES TÉRMICOS CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA OTRAS ESPECIALIDADES FÍSICAS OTRAS OTRAS

Estructura, dinámica y evaporación de cúmulos atómicos.

Carlos Enrique Román Velázquez (1991, [Tesis de maestría])

Se realizaron dos estudios sobre cúmulos atómicos utilizando el método de simulación de Dinámica Molecular. En el primero se desarrolló un procedimiento para el estudio y caracterización del proceso de evaporación de cúmulos atómicos. Se calcularon la tasa de evaporación y la energía cinética liberada promedio de cúmulos de varios tamaños a distintas energias. Los resultados se compararon con las predicciones de los modelos teóricos de Engelking y RRK, encontrándose una mejor descripción por parte de este último, aunque no suficientemente adecuada. En la segunda parte se realizó un estudio sistemático de la dinámica de cúmulos de átomos que interacionan mediante un potencial que involucra términos de dos y tres cuerpos diseñado para representar la interacción entre átomos de berilio. En el transcurso de este estudio se analizaron las propiedades estructurales y dinámicas de los cúmulos. Se observó un comportamiento más complejo que el manifestado por el potencial de interacción de dos cuerpos de Lennard-Jones, con frecuente aparición de fenómenos de prefusión. También se encontró una evidencia de la limitación que tiene este potencial para reproducir la dinámica de los materiales de berilio.

Dinámica molecular - Simulación por computadora, Microgrupos - Simulación por computadora, Química, física y teórica - Simulación por computadora, Mecánica cuántica CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA OTRAS ESPECIALIDADES FÍSICAS OTRAS ESPECIALIDADES FÍSICAS

DESACTIVACIÓN DE FLUORESCENCIA COMO PRINCIPIO DE BIODETECCIÓN DE PROTEÍNAS

Edwin Johan Ortiz Riaño (2020, [Tesis de maestría])

"En nuestros días los inmunoensayos son la principal herramienta para el diagnóstico médico, el desarrollo de fármacos y el monitoreo medioambiental. Sin embargo, la mayoría de los inmunoensayos involucran procedimientos que requieren de muchos elementos para su desarrollo. En el presente trabajo, se desarrolló una novedosa plataforma de biosensado para la detección de IgG humana basada en el apagamiento de fluorescencia causada por el óxido de grafeno. Se utilizó solo un anticuerpo (conjugado con el fluoróforo isotiocianato de fluoresceína) en los procesos de captura y detección sin la necesidad de etapas de lavado. La simple plataforma de biosensado consiste en el recubrimiento de una microplaca de 96 pocillos (con fondo de poliestireno) con óxido de grafeno. La adhesión del óxido de grafeno es posible gracias a interacciones electrostáticas entre el óxido de grafeno (negativamente cargado) y la superficie de la placa modificada con grupos aminos (positivamente cargados). Cuando se agregó el analito y el anticuerpo (conjugado con el fluoróforo) se realizó una cinética durante dos horas con lecturas cada 5 minutos de la intensidad de fluorescencia, observando que cuanto mayor era la concentración del analito menor era el apagamiento de fluorescencia. Esta propuesta mostró una excelente detección para IgG humana, con una aceptable precisión (desde 0.27 % hasta 4.80 %). El límite de detección alcanzado fue 2.71 ng mL y el límite de cuantificación alcanzado fue de 15.5 ng mL. De igual forma, fue posible la cuantificación de concentraciones desconocidas del analito dentro de un rango aceptable de exactitud (desde 73 % hasta 126 %). Todo esto hace de esta plataforma de biosensado una buena opción para la detección de diversos tipos de analitos (biomarcadores) con potencial futuro en diagnóstico."

Inmunoensayo Plataforma de Biosensado Óxido de Grafeno Isotiocianato de fluoresceína Apagamiento de fluorescencia Límite de cuantificación Límite de detección CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ÓPTICA ÓPTICA

Quantum interference in the resonance fluorescence of a J = 1 / 2 − J ′ = 1 / 2 atomic system: Quantum beats, nonclassicality, and non-Gaussianity

HECTOR MANUEL CASTRO BELTRAN (2024, [Artículo])

We study theoretically quantum statistical and spectral properties of the resonance fluorescence of a single atom or system with angular momentum J=1/2−J′=1/2 driven by a monochromatic linearly polarized laser field, due to quantum interference among its two antiparallel π transitions. A magnetic field parallel to the laser polarization is applied to break the degeneracy (Zeeman effect). In the nondegenerate case, the π transitions evolve at different generalized Rabi frequencies, producing quantum beats in the intensity and the dipole-dipole, intensity-intensity, and quadrature-intensity correlations. For a strong laser and large Zeeman splitting the beats have mean and modulation frequencies given by the average and difference, respectively, of the Rabi frequencies, unlike the beats studied in many spectroscopic systems, characterized by a modulated exponential-like decay. Further, the Rabi frequencies are those of the pairs of sidebands of the Mollow-like spectrum of the system. In the two-time correlations, the cross contributions, i.e., those with products of probability amplitudes of the two π transitions, have a lesser role than those from the interference of the probability densities. In contrast, there are no cross terms in the total intensity. We also consider nonclassical and non-Gaussian properties of the phase-dependent fluorescence for the cases of weak to moderate excitation and in the regime of beats. The fluorescence in the beats regime is nonclassical, mainly from third-order dipole fluctuations, which reveal them to be also strongly non-Gaussian, and their quadrature spectra show complex features around the Rabi frequencies. For small laser and Zeeman detunings, a weak to moderate laser field pumps the system partially to one of the ground states, showing slow decay in the two-time correlations and a narrow peak in the quadrature spectra.

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Study of modal coupling in tapered optical fibers

LUIS ALEJANDRO HERRERA PIAD (2019, [Tesis de doctorado])

La comunicación por fibra óptica es una forma de transmitir información mediante el envío de pulsos de luz a través de una fibra óptica. Desarrollados por primera vez en la década de los 70s, los sistemas de comunicación de fibra óptica han revolucionado la industria debido a sus ventajas sobre la transmisión eléctrica. Las tecnologías de telecomunicaciones y láseres se han relacionado recientemente con fibras de pocos modos, de área modal grande y multimodo. Más específicamente, se han propuesto linternas fotónicas, combinadores de fuentes y fibras multimodo para láseres de alta potencia y comunicaciones. Otro dispositivo que se usa frecuentemente en los láseres, sensores y otras sistemas de comunicaciones es la fibra óptica cónica o estrechada. Fue necesario maximizar la potencia óptica recolectada en una guía de onda desde el campo de difracción de un láser semiconductor; por lo tanto, la técnica de mapeo permitió la remodelación del campo capturado en el modo fundamental de la guía de onda de salida. Además, los sensores de fibra estrechada son capaces de medir diversas variables como índice de refracción, tensión, campo magnético, temperatura y señales acústicas. En comparación con las estructuras de fibra convencionales, las fibras ópticas estrechadas pueden proporcionar una serie de características útiles como un gran campo evanescente, capacidad de confinamiento, diámetro a pequeña escala y generación de supercontinuo, entre muchas otras. En este trabajo se propone una investigación sobre la interacción modal en fibras ópticas estrechadas para observar este dispositivo bajo diversos cambios físicos con el objetivo de proponer la geometría óptima que se implementará en las aplicaciones de detección y láseres de nuestro laboratorio.

CIS- Doctorado en Ingeniería Eléctrica INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA Fibra óptica Óptica Física Tapered optical fibers Modal coupling

Topical issue on dynamics and photodynamics: from isolated molecules to the condensed phase

RAMON HERNANDEZ LAMONEDA (2023, [Artículo])

The well-established and rapidly expanding field of molecular processes in excited systems, facilitated

by the use of light sources, garners significant research interest from numerous experimental and theoretical groups worldwide. This highly interdisciplinary field establishes extensive connections with atomic, molecular and optical physics, astrophysics, biophysics, physical chemistry, solid-state physics and even molecular biology. The present topic provides an advanced overview of research activities in cutting-edge areas such as ultrafast lasers, nanoscale systems, atomic and molecule collisions on surfaces and molecular photofragmentation processes. The contributions to this subject encompass experimental, theoretical and computational studies conducted both at the fundamental level, exploring elementary mechanisms, and at a more applied level, addressing the requirements of diverse applications in nanotechnology and materials science.

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