Formación de nanostructuras de Cu Dra. Noelia Benito Laboratorio de Superficies y Nanomateriales En las últimas décadas, se ha dedicado un gran esfuerzo al desarrollo de nanoestructuras periódicas. De hecho, actualmente éste es uno de los principales objetivos en el campo de la nanotecnología. En concreto, el desarrollo de técnicas experimentales para crear y caracterizar superficies ha producido un gran interés, en especial en la formación de películas delgadas metálicas. S. Bahamondes et al estudiaron el crecimiento y la formación de películas de oro policristalinos sobre mica. Este sistema presenta un crecimiento Volmer-Weber. Inicialmente, el diámetro principal de grano es constante hasta alcanzar los 6 nm, cuando el sustrato no está totalmente cubierto. En una segunda etapa, el diámetro de grano principal es linealmente dependiente de espesor nominal, a TA. De este espesor hacia arriba el sustrato es totalmente cubierto y la película es eléctricamente continua. Se espera que un modelo de crecimiento similar para Cu crecimiento en Si, SiO2 y cuarzo. En esta práctica se estudiará la formación de nanoestructuras de cobre en distintos sustratos. Los depósitos de cobre se realizarán en condiciones de vacío ultra alto (UHV) mediante cañón de electrones (e-beam), para depósitos de espesores nominales menores a 10 nm. Los depósitos serán caracterizados mediante espectroscopia de electrones fotoemitidos por rayos X resuelta en ángulo (ARXPS). La evolución de la intensidad de la señal de cobre con respecto al sustrato será estudiada y contrastada con los modelos de crecimiento y formación de islas en este tipo de 09- Enero - 2015 sistemas. Los depósitos también serán observados por microscopia de fuerza atómica (AFM), para verificar los recubrimientos. AG SOBRE SUSTRATO DE VIDRIO [1] N. Benito and C. Palacio, “MixedLUCERO Ti-O-Si V oxide films &formation by oxidation of titanium ICTORIO MARGARITA ALCAMAN silicon interfaces” Applied Surface Science 301, 436 (2014). DOI: 10.1016/j.apsusc.2014.02.094. [2] S. Bahamondes, S. Donoso, R. Henríquez and M. Flores, "Morphological and electrical study of gold ultrathin films on mica", Thin Solid Films 548, 646 (2013). DOI:10.1016/j.tsf.2013.08.104 AG SOBRE SUSTRATO LUCERO VICTORIO & MARG Formación de nanoislas metálicas en sustratos atómicamente planos Prof. Marcos Flores Carrasco Laboratorio de Superficies y Nanomateriales Nanopartículas metálicas (M-Nps) soportadas en sustratos exhiben propiedades catalíticas dependientes del tamaño, y varios de estos efectos de tamaño en catálisis heterogénea han sido reportados en las últimas décadas. Es un hecho bien conocido que las M-Nps presentan una variedad de estructuras, como facetas, bordes, esquinas, y defectos, consideradas como • Película ultra-delgada de Ag crecida en alto-vacío a sitios de alta reactividad. Además, los átomos temperatura ambiente interfaciales que interactúan con la superficie del sustrato podrían ser cruciales para reacciones catalíticas debido a la interacción interfacial y transferencia de carga entre la M-Nps y el sustrato. Por último, el confinamiento espacial en Nps induce efectos cuánticos de tamaño, que conllevan la formación de niveles electrónicos • Película ultra-delgada de Ag c discretos, modificando notablemente las propiedades catalíticas de las M-Nps. En esta propuesta experimental se estudiará la formación de nanoislas de plata en sustratos de HOPG, Fig. 1, y el estudio de su reactividad en atmosfera de oxígeno. Las muestras serán evaporadas por método físico en condiciones de alto vacío. Se realizará el montaje experimental para la evaporación del las películas, con el equipamiento disponible en el laboratorio. Se quiere establecer un protocolo de formación de las nanoislas en función de parámetros como la tasa de evaporación y el espesor depositado. Estudio de los depósitos mediante espectroscopía de electrones fotoemitidos por rayos X. Caracterización topográfica y eléctrica mediante microscopía de efecto túnel. Todas la actividades mencionadas según la tabla 1. Semana Búsqueda bibliográfica Montaje experimental Experimentos de prueba Preparación de muestras Caracterización de muestras Análisis de datos Redacción de informe 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Referencias: [1] H. Hövel et al, doi: 10.1016/j.progsurf.2006.01.002. [2] Z. Yuan et al, doi: 10.1140/epjd/e2011-20126-0. [3] W.D. Kaplan et al, doi: 10.1007/s10853-013-7462-y. Robustez sobre la evidencia de la aceleración cósmica utilizando las Supernovas de tipo Ia Prof. Domenico Sapone Cosmology and Theoretical Astrophysics group El modelo cosmológico estándar tiene por hipótesis que el Universo se encuentra en una fase de expansión acelerada debida a una constante cosmológica, deducida analizando las Supernovas de tipo Ia (SNIa) [1,2]. En la actualidad contamos con una base de datos de Supernovas abundante, que podría permitir un análisis estadístico riguroso del modelo estándar, y establecer si la expansión acelerada se debe o no a una constante cosmológica. La SNIa son consideradas candelas estándares ya que su luminosidad intrínseca L0 se conoce, por lo tanto el flujo observado F será una función de la distancia: 𝐿! 𝐹= 4𝜋𝑑!! desde la cual es posible conocer la distancia de luminosidad 𝑑!! de un objeto. Normalmente los catálogos cosmológicos de las Supernovas contienen informaciones sobre el redshift z de la Supernova y su módulo de distancia 𝜇 ∝ 5 log! 𝑂 𝑑! ; consecutivamente un análisis de Monte Carlo nos permite dar informaciones sobre los parámetros cosmológicos. En este trabajo se considerarán directamente las curvas de luz [3] (colección de datos utilizando distintos experimentos), desde las cuales se obtienen las magnitudes absolutas o equivalentemente los módulos de distancias 𝜇; en una primera etapa se analizará la robustez de los datos utilizando el método en [4], o sea intentaremos reducir los errores sistemáticos debidos a la colección de datos, y consecutivamente encontrar el mejor ajuste de los parámetros 16 cosmológicos. Según los resultados obtenidos en [3], las curvas de luz de las SNIa siguen dan un modelo que es consistente con un Universo en expansión constante o sea no acelerada. El plan de este trabajo es: • Utilizar las curvas de luz [3] y descartar todos las curvas que llevan a una contaminación sistemática utilizando el método en [4]. • Proceder con el cálculo de mayor ajuste de los parámetros cosmológicos fundamentales, se seguirá la metodología introducida en [5]. Método de la análisis: • Utilización del código MCMC (Monte Carlo Markov Chain) para la evaluación de la variable y calcular el mejor ajuste de los parámetros según las curvas de luz. • El código MCMC incluirá los parámetros cosmológicos más nuevos parámetros llamados ``nuissance''; la función de verosimilitud se encuentra en [3]. • Se utilizará la estadística de Bayes para crear el parámetro de robustez. Según los resultados obtenidos y la rapidez con la cual se llevará a cabo el trabajo, se podría pensar a un extensión la cual llevaría a una publicación en una revista científica. [1] A. G. Riess et al., Astronomical J. 116, 1009 (1998). [astro-ph/9805201]. [2] S. Perlmutter et al., Astrophys. J. 517, 565 (1999). [astro-ph/9812133]. [3] http://supernovae.in2p3.fr/sdss_snls_jla/ReadMe.html [4] L. Amendola, V. Marra and M. Quartin, “Internal Robustness: systematic search for systematic bias in SN Ia data'', Mon. Not. Roy. Astron. Soc. 430, 1867 (2013). [arXiv:1209.1897 [astro-ph.CO]]. [5] J. T. Nielsen, A. Guffanti and S. Sarkar, “Marginal evidence for cosmic acceleration from Type Ia supernovae”, [arXiv:1506.01354 [astro-ph.CO]]. Propagación de una onda de spin superficial en una superficie curvada Prof. Rodrigo Arias Existe un área de investigación relativamente nueva llamada ¨Magnonics¨ que se refiere a estudiar el comportamiento de ondas de spin en nano-estructuras. El interés principal es utilizar ondas de spin como medio de transmitir información en circuitos nanométricos. La información podría estar codificada en la amplitud, frecuencia y fase de la onda de spin, por ejemplo. Una pregunta que surge en forma natural en este contexto es cómo se propagan ondas de spin en nano-guías ferromagnéticas que forman parte de circuitos que van a tener perturbaciones geométricas. Lo que se propone en este tema de investigación es un problema relacionado a la temática anterior que es de interés y que podría ser abordado en el tiempo asignado. Este consiste en estudiar la propagación de una onda de spin magnetostática superficial en una superficie que se curva, y en particular para hacerlo más concreto sería una onda que viene por una superficie plana, pasa por una zona de radio de curvatura conocido, para luego pasar a otra zona plana. Se calcularía la onda reflejada y transmitida en esta configuración haciendo uso de una formulación del problema en términos de una ecuación integral para el potencial magnetostático escrita en la superficie del material. Estas ondas magnetostáticas de superficie son llamadas de DamonEshbach en superficies semi-infinitas planas, y tienen el interés de que tienen velocidad de grupo altas, es decir son potencialmente buenas transmisoras de información. Resistividad inducida por scattering electrón-borde de grano en películas delgadas de Cu depositadas sobre mica. Prof. Raúl C. Muñoz En este proyecto se busca medir la resistividad inducida por la colisión electrón-borde de grano en películas delgadas de Cu depositadas en UHV sobre sustratos de mica, variando el espesor de la película (por ejemplo, 50 nm, 100 nm, 150 nm), y variando también el diámetro medio de los granos entre 10 nm y 100 nm. Para variar el espesor de la película, se evapora Cu 99.9999% puro con un cañón electrónico en UHV, controlando el espesor con una balanza de cuarzo montada en el sistema de vacío. Para variar el diámetro de los granos que constituyen la muestra, se varía la temperatura del sustrato. Para desarrollar este trabajo se cuenta con un termo anular de Nitrógeno líquido que está montado en la cámara UHV del XPS, que permite variar la o o temperatura del sustrato entre -170 C y +300 C. Este equipo está operativo; fue desarrollado como parte de la Tesis de Magister de Nicolás Alarcón. Para desarrollar las mediciones de topografía midiendo rugosidad superficial y el diámetro y la estadística de los granos, se cuenta con un STM/AFM que opera en UHV. Esta es la primera parte de un proyecto experimental cuyos resultados probablemente van a incidir de manera significativa en el proceso de miniaturización de circuitos que desarrolla la industria electrónica mundial, pues no existen datos publicados sobre resistividad de muestras de Cu donde el diámetro promedio D de los granos de Cu que constituyen la muestra, sea inferior a D < 35 nm (véase archivos de ITRS, International Technology Road for Semiconductors). El trabajo experimental involucrado requiere generar estas muestras de Cu donde el scattering electrón-borde de grano es dominante. En cada evaporación, una o más de las muestras de Cu serán recubiertas con una capa de 2 nm de espesor de TiO, como manera de pasivar la superficie de Cu para evitar oxidación. Estas muestras de Cu pasivadas serán insertadas en el crióstato del Imán Superconductor, para medir su resistividad entre 4 K y 300 K. Existe capacidad para absorber un máximo de 2 estudiantes, que deben contar con entrenamiento previo sobre sistemas de alto vacío (HV). Cálculo del espesor crítico en películas epitaxiales rotadas Prof. Víctor Fuenzalida En 1949 Frank y van der Merwe calcularon el espesor crítico de una película delgada crecida epitaxialmente (congruentemente) sobre un substrato con desajuste, es decir, las constantes de red del substrato y la película son diferentes. Considerando el substrato rígido y la película elástica. Considerando el substrato rígido y la película elástica, al aumentar el espesor aumenta la energía elástica, de modo que a partir de un cierto espesor crítico es más favorable generar dislocaciones cesando el crecimiento epitaxial. Ha habido muchos trabajos proponiendo formas de calcular la energía asociada a las dislocaciones, tema aun no resuelto. Sin embargo, no se ha estudiado el caso en que el substrato y la película además de diferentes constantes de red, puedan estar rotados. Se propone estudiar este caso o bien de forma analítica, usando la teoría de la elasticidad (deseable), o por medio de un modelo de resortes. Cupo: 1 estudiante Requisito: haber cursado física del continuo (lo que interesa es realmente tener conocimientos de teoría de la elasticidad). Jan H. Van Der Merwe, Misfit dislocations in epitaxy, Metallurgical and Materials Transactions A, August 2002, Volume 33, Issue 8, pp 2475-2483 Gases granulares en Zero-G dentro de un Cubesat Prof. Claudio Falcón Se propone el diseño e implementación de un módulo prototipo para realizar mediciones de frecuencia de colisión de un gas granular[1] en condiciones de micro gravedad implementado dentro de un Cubesat. Para este prototipo se utilizará un Arduino UNO como procesador central, un acelerómetro digital (LIS331) y un microparlante como mecanismo de excitación. El gas granular esta compuesto por 10-100 esferas de acero de 1 milímetro de diámetro. La concepción, diseño, implementación y operación del módulo será llevado a cabo por el estudiante. Cupo: 1 estudiante. [1] I. Aranson, L. Tsimring, “Patterns and Collective behavior in granular media: Theoretical concepts”, Reviews of Modern Physics 78, 641-692 (2006) Estudio de la estadística de inversiones en un flujo turbulento de Taylor-Couette con superficie libre Dr. Cristóbal Arratia y Prof. Nicolás Mujica Se propone el estudio de la estadística de inversiones entre dos modos estables en un flujo de Taylor-Couette turbulento y con superficie libre. Hay pocos ejemplos de inestabilidades hidrodinámicas de modos coherentes a gran escala en flujos turbulentos. En este experimento, en un rango pequeño del parámetro de control (velocidad de rotación del cilindro interior) el sistema presenta biestabilidad entre un estado de base axisimétrico y un estado de onda de número azimutal m = 1 (ver foto). El alumno o alumna que trabaje en este tema deberá hacer una serie de experimentos para obtener una buena estadística de los tiempos de residencia en cada estado, con miras a entender y modelar el efecto de las fluctuaciones turbulentas. [1] J. Martínez-Mercado, C. Arratia, C. Falcón, and N. Mujica, “Gravity wave instability in a turbulent free surface Taylor-Couette flow: experiments and comparison with an amplitude equation with additive noise”, New Journal of Physics 17, 013039 (2015). [2] N. Mujica & D.P. Lathrop, "Hysteretic gravity-wave bifurcation in a highly turbulent swirling flow", J. of Fluid Mech. 551, 49–62. (2006). Aceleración de partículas en discos de acreción Prof. Mario Riquelme Las partículas no térmicas (también llamadas "rayos cósmicos") son un fenómeno común en astrofísica. En el caso de los discos de acreción en torno a agujeros negros, se cree que tanto iones como electrones pueden existir a energías mucho mayores que la energía térmica del gas que los contiene. Un posible mecanismo para producir estas partículas se denomina "aceleración estocástica", y se produce cuando las partículas extraen energía a partir de la turbulencia magnetohidrodinámica en el disco. En este proyecto se quiere estudiar la eficiencia de la aceleración estocástica en el disco de acreción en torno al agujero negro supermasivo Sgr A*, en el centro de nuestra Galaxia. El propósito del trabajo es introducir al estudiante al problema, conocer sus implicancias observacionales, y desarrollar las primeras herramientas para realizar un estudio teórico de este fenómeno. El Laser o Máquinas térmicas cuánticas Prof. Felipe Barra La termodinámica determina que estados de equilibrio son accesibles para un sistema en otro estado de equilibrio. La mecánica cuántica también es una teoría que predice los estados que son accesibles para un sistema. La primera se aplica generalmente a sistemas macroscópicos y la segunda a sistemas microscópicos. La termodinámica cuántica es el estudio de las relaciones entre las dos teorías. Un sistema ideal para analizar esto es el laser o mejor el micromaser. En esta práctica consideraremos un modelo simple de átomos que interactúan con la radiación y nos preocuparemos de analizar la eficiencia del proceso en el que la energía térmica se transforma en energía electromagnética. Un aspecto importante será determinar si gracias al funcionamiento cuántico del sistema la eficiencia es mayor que en el caso de un sistema clásico. PHYSICAL REVIEW E 91, 012141 (2015) UNIVERSALITY AND CRITICALITY OF A SECOND- . . . d (a) √ d/ 2 www.scientificamerican.com Requisito: Mecánica Cuántica Teoría cinética de medios granulares confinados Prof. Rodrigo Soto FIG. 6. Schematic representation of two square interlaced Cuando se coloca un sistema granular en una cajalayers de poca (b) for which particles are close packed. The center of particles in the altura que bottom es (top) vibrada verticalmente, el sistema puede layer are shown with solid (open) black √ circles. The 2D 2. square lattice has cell length desarrollar projected una transición dea unit fase de d/ estados fluidos a la formación de un cluster sólido. La dinámica tridimensional es j the x axis. For a particle in a square lattice, |Q4 | = 1 and the muy compleja por lo que se busca construir modelos efectivos complex phase measures the square lattice orientation respect j de bidimensionales queFor modelen grados libertad to the x axis. details on the con computation of Q4 we refer to the Supplemental adicionales thelareader transferencia de Material energíaof Ref. de [28]. los grados de j Representative maps of |Q4 | are in Fig. 7 se for busca libertad verticales a los horizontales. En shown este trabajo three accelerations, ! < !c , ! ≈ !c and ! > !c . In this construir y case analizar la teoría cinética para un modelo para el the maps are obtained from images for experiment que las simulaciones la the transición de fase. type A (!c ∼ 5.1). evidencian Below the transition ordered patches, or crystallites, are first more less homogeneously Específicamente se tiene unsmall, grado deorlibertad adicional que distributed space of short lifetime. Theycolisión increase y que indica la energía quein ha deand serareliberada en cada in size and live for longer time as ! approaches !c . Also, crece a medida que pasamore el tiempo, modelando esa forma they tend to appear near the center than at the de sidewalls, (c) la acumulación energía choque con las paredes verticales. whichde we relate to thedebido large-scalealsmall-density inhomogeneity discussed before. The quantitative study of crystallites size and En la práctica se escribirá la ecuación de Boltzmann para el sistema; se buscarán las soluciones lifetime is presented below. estacionarias calculando las correlaciones entre el grado de libertad adicional y los traslacionales; y As discussed before, the local density cannot change con la distribución se calculará la ecuación strongly atde theequilibrio transition because of the system’s vertical de estado para determinar si existe o no transición de fase. confinement. Thus, the correct order parameter geometrical must be the local fourfold symmetry order, measured through j the orientational parameter Q4 . With this in mind, we define its global average, in space first and then in time, ! $ N 1 " ## j ## Q , ⟨|Q4 |⟩ = (5) N j =1 4 El periodo de Gastrulación del pez zebrafish se caracteriza por el desplaz miento de células desde la linea ecuatorial hasta el polo animal de la Yolk ce (huevo). La migración a estudiar tiene tres caracterı́sticas a considerar pa su modelamiento: el movimiento de arrastre, que se refiere a un conjunto d células, cuyo número desciende en el tiempo, que comienzan su recorrid adheridas al epitelio superior, por lo que descienden en el meridiano con v locidad fija. Luego, el modelo a implementar debe ser capaz de demostr Modelo físico de la migración celular que es suficiente que algunas de ellas se encuentren adheridas para arrastr Prof. Rodrigo Soto al conjunto completo de células que se encuentran libre. En la fase de gastrulación del zebrafish, algunas células que están entre la yema del huevo y la capa exterior migran del ecuador a un polo del huevo. Ese proceso de migración se debe a que son arrastradas por otras células que están pegadas a una membrana que se despliega para cubrir el huevo. Interesantemente, el arrastre se debe a una unión física que se va perdiendo con el tiempo y aún así las células son capaces de migrar. Existe entonces un fenómeno colectivo que buscamos modelar. Actualmente tenemos un modelo de agentes en que cada célula se describe como una partícula esférica que interactúa con las demás por medio de fuerzas de a pares, suplementado por un movimiento aleatorio. En este trabajo se busca determinar los parámetros que mejor modelan los resultados experimentales de la migración celular. Entre otras cosas se determinará el efecto de la geometría esférica en la migración y clusterizaciónPor de otro las células. lado, se analizará un modelo lado se Por tieneotro la formación de un cluster al terminar su recorrid microscópico en el cual una célula esPara arrastrada por otra, pero está a su vez pegada a la entre las células, esto se debe considerar una adhesión y atracción membrana. La generación aleatoria de protusiones permite eventos de pegado/despegado que responder a la interrogante de la relevancia que tiene la geometrı́a esféric facilitan el avance. Se estudiará ese modelo aplicando las herramientas de procesos estocásticos. La pérdida del orden Prof. F. Lund y M. Morales Cupo: 1-2 estudiantes en el problema. Finalmente como última caracterı́stica del proceso, está posibilidad de que un grupo de dos a tres células se aleje del conglomerad y pase a formar parte de otro tipo de células. Modelo Uno de los mayores enigmas científicos de la actualidad es el Tomando en cuenta origen del comportamiento “universal” presentado por las los caracterı́sticas del proceso, se considera el siguien materiales amorfos, i.e., que no tienenmodelo: orden cristalino, que en cada yiteración de tiempo las células se mueven de dos form incluyen sistemas inorgánicos, orgánicos, poliméricos, si híbridos y attachment o no. En el primer caso, el movimien dependiendo están con metálicos. Por ejemplo, el comportamiento térmico y la está dirigido (velocidad fija en cada eje), más un ruido. respuesta mecánica a bajas temperaturas (pocos K), la difusióndel asociada distribución de los modos de vibración aEsta frecuencias orden al modelo está dada por un coeficiente constante un valor aleatorio. El ruido es similar en todas las direcciones, solo camb de los THz, y el comportamiento de la viscosidad en el fundido el coeficiente dedesafío difusión. cerca de la transición vítrea. Además de presentar un considerable a la física contemporánea, estos tienen En el materiales segundo caso, cuando las células no tienen attachment, el movimie muchos usos; por ejemplo en los vidriostodeeslasguiado ventanas, en los por un potencial de Lennar Jones. Es decir, la posición en discos blu-ray, y en las celdas fotovoltaicas. tiempo siguiente es proporcional a la fuerza que producen todas las célul El proyecto marco que motiva la investigación propuesta busca precisar el papel que juegan los sobre cada una dedelellas. Además de un ruido similar al de las células con a defectos lineales---como las dislocaciones---en la pérdida orden cristalino. tachment, pero con un coeficiente de difusión distinto. Finalmente el mode Proyecto específico: encontrar, usando LAMMPS (Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator) el comportamiento cuenta de las con dislocaciones en tiempo. el cobreUna como función dos listas de de ellas conde loslamomentos de liber temperatura a medida que se alcanza la ción fusión. (células con attachment pasan a estar libres). Y otra con los tiempos d división celular. De este modo ambos procesos están dirigidos por eventos Requisito deseable: Física Moderna, gusto por el trabajo numérico. Referencia: F. Lund, “Normal modes and acoustic properties of an elastic solid with line defects”, Phys. Rev. B 91, 094102 (2015). Método El trabajo se realiza de dos formas según la cantidad de datos experiment les a considerar: en una primera instancia se usa un mayor número de esto entre los que se encuentran los parámetros experimentales y adicionalme te los tiempos de división celular, la configuración inicial de las células, tiempos de liberación de células adheridas, con el fin de acotar la busqu da de los parámetros a ajustar. Posteriormente se buscan formas de gener