Escuela de Doctorado

Fecha de lectura: 29/06/2026

• LOPEZ ALVAREZ, CIBRAN: Unveiling correlated charge dynamics and recombination pathways in energy materials via quantum simulations and machine learning
  
  Autor/a: LOPEZ ALVAREZ, CIBRAN
  Programa: FÍSICA COMPUTACIONAL Y APLICADA
  Departamento: Departamento de Física (FIS)
  Modalidad: Compendio de publicaciones
  Fecha de depósito: 19/05/2026
  Fecha de lectura: 29/06/2026
  Hora de lectura: 10:00
  Lugar de lectura: Sala Polivalent de l'edifici A del Campus Diagonal-Besòs
  Director/a de tesis: CAZORLA SILVA, CLAUDIO | SAUCEDO SILVA, EDGARDO ADEMAR
  Resumen de tesis: Comprender cómo los mecanismos a escala atómica gobiernan el transporte iónico y electrónico es crucial para el diseño de materiales energéticos de próxima generación. En este trabajo, combinamos simulaciones de primeros principios y técnicas de aprendizaje automático para proporcionar enfoques predictivos y transferibles para la modelización y la comprensión, a escala atomística, de electrolitos de estado sólido y materiales fotovoltaicos basados en calcohaluros de pnictógenos (MChX, con M = Bi, Sb; Ch = S, Se; y X = I, Br).Nuestros cálculos de primeros principios y los estudios de aprendizaje no supervisado revelaron que la difusión iónica en electrolitos de estado sólido está gobernada fundamentalmente por el movimiento correlacionado de múltiples iones. Estos eventos cooperativos están fuertemente influenciados por las vibraciones de la red cristalina, vinculando la conductividad iónica tanto a la dinámica vibracional como a las propiedades elásticas de las red cristalina no difusiva. Se identificaron longitudes de correlación características, notablemente independientes de la temperatura, que proporcionan nuevos descriptores para el diseño de conductores iónicos rápidos. Además, se desarrollaron una base de datos exhaustiva de simulaciones de primeros principios y herramientas de análisis automatizado, ofreciendo una plataforma escalable para comprender el transporte iónico en diversas familias de materiales y composiciones.De forma paralela, simulaciones de primeros principios combinadas con aprendizaje profundo y modelización a nivel de dispositivo permitieron identificar y validar experimentalmente soluciones sólidas basadas en MChX con bandas prohibidas ajustables (1.2–2.1 eV) y coeficientes de absorción elevados (hasta 66 μm⁻¹), demostrando el potencial de los tándems MChX para alcanzar corrientes de cortocircuito superiores a 18 mA/cm². Cálculos ab initio adicionales revelaron que las vacantes de calcógeno actúan como centros no radiativos dominantes en MChX, lo que podría limitar las eficiencias hasta un 24% en BiSeI. Sin embargo, se demostró que la sustitución aniónica dirigida y las condiciones de síntesis adecuadas pueden suprimir estos centros de recombinación perjudiciales.En conjunto, el trabajo realizado durante este doctorado establece marcos generalizables que conectan los mecanismos atomísticos con el rendimiento macroscópico de los dispositivos. Las metodologías introducidas son fácilmente transferibles a otras familias de materiales y aplicaciones funcionales, proporcionando una hoja de ruta para el diseño racional de tecnologías energéticas sostenibles y de alto rendimiento.
  

• QUINTANA ROMERO, DULCE ALITZEL: Synthesis of non-natural amino acids, peptidomimetics, and electrochemical characterization of the structures obtained by self-assembly
  
  Autor/a: QUINTANA ROMERO, DULCE ALITZEL
  Programa: POLÍMEROS Y BIOPOLÍMEROS
  Departamento: Departamento de Ingeniería Química (EQ)
  Modalidad: Convenio Cotutela
  Fecha de depósito: 15/06/2026
  Fecha de lectura: 29/06/2026
  Hora de lectura: 09:30
  Lugar de lectura: Universita degli Studi di MilanoRoom G15Via Golgi, 19Milan
  Director/a de tesis: ALEMAN LLANSO, CARLOS ENRIQUE | BUCCI, RAFFAELLA | GELMI, MARIA LUISA
  Resumen de tesis: El uso de aminoácidos (AAs) no naturales, tales como β-AAs, para producir peptidomiméticos es cada vez más atractivo, ya que son moléculas con la misma actividad biológica que los péptidos naturales, pero con mayor estabilidad proteolítica y conformacional. Además, la capacidad de los peptidomiméticos que contienen AAs no codificados para autoensamblarse y autoorganizarse permite su uso en diversas aplicaciones, desde la nanomedicina, electroquímica y catálisis, así como en materiales bioelectrónicos. Esta versatilidad de los peptidomiméticos los convierte en una herramienta excepcional para el diseño de nuevos materiales.La presente Tesis se centra en la síntesis de peptidomiméticos conteniendo β-AAs, tomando como punto de partida un fluoro-β2,3-diarylAA. Este β-AA fue sintetizado por primera vez en nuestro laboratorio, mediante reacción estereoselectiva “Mannich-like”. La presencia de un átomo de carbono adicional en la estructura del β-AA puede dar lugar a cuatro posibles estereoisómeros. Razón por la cual es factible jugar con la estereoquímica del β-AA, obteniendo diferentes nanoestructuras. Diferentes AAs no naturales fueron sintetizados, que al combinarse con α-AA naturales, mostraron la capacidad de α,β-péptidos para autoensamblarse en diferentes estructuras supramoleculares. Esta Tesis proporciona un análisis de varias posibles aplicaciones de los peptidomiméticos, con el objetivo de contribuir a la comprensión del impacto del diseño molecular en su desempeño funcional. Por lo tanto, haciendo uso de un diseño molecular racional se pueden desarrollar sistemas avanzados basados en péptidos con propiedades multifuncionales.Los peptidomiméticos se estudiaron a partir de su capacidad para actuar como péptidos antimicrobianos (AMP). Se examinó su actividad biológica contra bacterias Gram positivas y Gram negativas, así como un virus bacteriófago. La dependencia de la actividad antimicrobiana con respecto a la estereoquímica, el autoensamblaje y la naturaleza química de la fracción antimicrobiana, demostraron la relación estructura-función de los peptidomiméticos. Por otra parte, se desarrollaron sistemas de administración de fármacos combinando coensamblajes de péptido-fármaco con hidrogeles de carboximetil celulosa (CMC) para la liberación controlada de compuestos antimicrobianos. Utilizando como fármaco modelo la curcumina (CUR), se demostró su efectiva liberación controlada desde plataformas de vendaje de heridas mediante un estímulo eléctrico.En otras aplicaciones, esta Tesis explora las propiedades conductoras de los peptidomiméticos para el desarrollo de dispositivos conductores. Se elaboraron electrodos basados en peptidomiméticos con propiedades conductoras, mediante la introducción del polímero conductor (CP) PEDOT. Esta combinación mostró un impacto positivo en el desarrollo de electrodos a base de péptidos, mejorando la conductividad y la sensibilidad, así como amplificando la respuesta eléctrica del péptido. Los electrodos PEDOT/péptidos se utilizaron como biosensores para detectar el dinucleótido de nicotinamida adenina (NADH), un biomarcador importante para diagnosticar enfermedades infecciosas. Como segunda aplicación en esta área, se desarrollaron electrodos para su uso como supercapacitores electroquímicos simétricos. Estos electrodos fueron diseñados como electrodos multicapa, donde una película intermedia basada en peptidomiméticos, actúa como dieléctrico conectando en paralelo dos capas de PEDOT. Con este diseño, se demostró la eficacia de la presencia del péptido en el rendimiento del electrodo. Por lo tanto, podemos afirmar que la integración de peptidomiméticos en el campo de la bioelectrónica abre nuevas posibilidades para aplicaciones biomédicas.
  

• SRIVASTAVA, ANUBHAV KUMAR: Quantum simulations of spin systems for optimal quantum metrology
  
  Autor/a: SRIVASTAVA, ANUBHAV KUMAR
  Programa: FOTÓNICA
  Departamento: Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO)
  Modalidad: Normal
  Fecha de depósito: 01/06/2026
  Fecha de lectura: 29/06/2026
  Hora de lectura: 10:30
  Lugar de lectura: Mir-Puig Elements
  Director/a de tesis: LEWENSTEIN, MACIEJ | PLODZIEN, MARCIN
  Resumen de tesis: La mecánica cuántica limita y a la vez potencia la medición de precisión: el principio de incertidumbre impone límites fundamentales a la estimación de parámetros, que recursos como el entrelazamiento y la superposición permiten saturar. La metrología cuántica desarrolla protocolos que explotan estados de sonda no clásicos y procesamiento óptimo de datos para superar el límite cuántico estándar. En la práctica, sin embargo, esta ventaja exige resolver tres problemas: diseñar sondas de muchos cuerpos experimentalmente viables con sensibilidad casi óptima, certificar recursos metrológicos a partir de datos de medición incompletos e implementar esquemas de lectura óptimos que sigan siendo tratables a gran escala. Esta tesis desarrolla un marco unificado para los tres retos, combinando simulación cuántica, optimización convexa y técnicas de sombra clásica para acercar la metrología cuántica mejorada a la realidad experimental.La primera parte aborda la termometría cuántica a escala nano y subnanokelvin. Empleando la información cuántica de Fisher (QFI) como medida de sensibilidad, mostramos que un sistema experimentalmente accesible de fermiones sin espín en una red óptica unidimensional, descrito por el modelo de Rice–Mele (RM), constituye un termómetro cuántico local casi óptimo, próximo al límite fundamental de Cramér–Rao. Caracterizamos cómo los regímenes topológico y trivial, el llenado de la red y un potencial escalonado sintonizable controlan su sensibilidad, y que la sonda se termaliza con un baño acoplado sin perturbarlo. Además, analizamos un esquema global basado en tomografía de sombra clásica de estados térmicos y comparamos su complejidad de muestra con los protocolos estándar.La segunda parte desarrolla dos herramientas complementarias para la detección cuántica mejorada y su certificación. Presentamos un sensor basado en un trímero de Kitaev frustrado cuya respuesta espectral no lineal implementa un detector rectificador con umbral: para una señal omnidireccional de media cero la fase acumulada se anula por debajo de un umbral sintonizable y, por encima, es proporcional al segundo momento de la señal. Las configuraciones multitrímero entrelazadas alcanzan sensibilidad limitada por Heisenberg. Luego formulamos un programa semidefinido (SDP) que calcula la QFI mínima compatible con datos incompletos de valores esperados, dando cotas inferiores rigurosas sin tomografía de estado completa. Aplicado a estados de gato multicabezales generados por la dinámica de torsión de un eje, el SDP certifica la utilidad metrológica a partir de momentos de bajo orden con mayor rigor que las desigualdades de compresión convencionales.La tercera parte aborda la brecha entre los esquemas de medición óptimos y las mediciones alcanzables en las plataformas cuánticas actuales. El observable óptimo que satura la cota cuántica de Cramér–Rao es genéricamente un operador altamente no local cuyo peso de Pauli crece con el tamaño del sistema. Introducimos la lente de Clifford, un marco en el que circuitos de Clifford simulables clásicamente transforman el observable óptimo en un operador de peso de Pauli reducido, reenfocando la información de fase distribuida en menos qubits. Establecemos una correspondencia entre códigos correctores de errores cuánticos y construcciones interferométricas que imponen un retroceso de fase determinista, y desarrollamos protocolos de tomografía de sombra parcial metrológicamente suficientes que preservan la QFI completa. Los esquemas resultantes requieren exponencialmente menos muestras que la estimación de sombra ingenua y se validan en sistemas de resonancia magnética nuclear (RMN) en estado líquido de hasta 15 qubits.En conjunto, demostramos que es posible una metrología cuántica casi óptima con sondas accesibles, certificación eficiente en datos y lectura escalable, lo que ofrece una vía unificada desde los límites metrológicos fundamentales hasta la detección cuántica práctica.
  

Fecha de lectura: 30/06/2026

• CUMELLES CÉSPEDES, JOEL: System Identification of High-Performance Paraglider-Harness/Pilot Dynamics: From Modelling to Flight Test Data
  
  Autor/a: CUMELLES CÉSPEDES, JOEL
  Programa: CIENCIA Y TECNOLOGÍA AEROESPACIALES
  Departamento: Departamento de Física (FIS)
  Modalidad: Normal
  Fecha de depósito: 02/06/2026
  Fecha de lectura: pendiente
  Hora de lectura: pendiente
  Lugar de lectura: pendiente
  Director/a de tesis: CASAS PIEDRAFITA, JAIME OSCAR | ORTEGA AGODINO, ENRIQUE
  Resumen de tesis: A pesar de los avances sustanciales en el diseño, desarrollo y análisis de los sistemas parapente-arnés/piloto de alto rendimiento, los métodos de evaluación siguen siendo predominantemente cualitativos y dependen en gran medida de los ensayos de prueba y error. Los datos experimentales cuantitativos en vuelo para estas configuraciones continúan siendo escasos, y los modelos tradicionales de parafoil–payload menudo no logran capturar la geometría compleja, las interacciones aerodinámicas y el comportamiento dinámico característicos de los parapentes modernos de alto rendimiento.Esta tesis propone un marco integrado que combina un modelo dinámico de alta fidelidad, específicamente adaptado para estos sistemas además de una plataforma instrumental de bajo coste para la validación del modelo mediante datos experimentales de vuelo. Se deriva un modelo dinámico no lineal de ocho grados de libertad del sistema parapente-arnés/piloto de alto rendimiento, incorporando explícitamente los efectos de masa aparente. Las fuerzas y momentos aerodinámicos se obtienen acoplando el modelo a un solver basado en el método de Horseshoe Vortex Method (HVM), fundamentado en la teoría de la línea sustentadora de Prandtl y ampliado con correcciones de resistencia viscosa derivadas de las polares del perfil aerodinámico. Permitiendo el cálculo directo de las cargas aerodinámicas a partir de la arquitectura real de la vela. Refinamientos adicionales son incorporados para la fidelidad del modelo, incluyendo un modelo aerodinámico paramétrico del conjunto arnés/piloto, una formulación generalizada de la resistencia aerodinámica de las líneas de suspensión y una representación distribuida de la acción de frenado a lo largo de la envergadura y cuerda.Para respaldar la validación del modelo y generar un conjunto de datos cuantitativos, se desarrolló una plataforma instrumental modular, inalámbrica y de bajo coste. Esta integra acelerómetros, giroscopios, magnetómetros; sensores de presión barométrica, temperatura y humedad, junto con un módulo GPS y una sonda multiorificio instalada en una de las líneas del sistema parapente. La plataforma se implementó en un parapente comercial de alto rendimiento y se evaluó mediante dos campañas específicas de ensayos en vuelo.Finalmente, se implementó un enfoque de identificación de sistemas basado Output Error Methods (OEM) para ajustar los parámetros del modelo, permitiendo la comparación entre los datos de vuelo y las predicciones del modelo bajo diferentes maniobras. Los resultados muestran una fuerte concordancia tanto en la respuesta dinámica como en el comportamiento aerodinámico, confirmando la idoneidad del marco de modelado e instrumentación propuestos. Esto permite futuros estudios orientados a parapentes-arnés/piloto de altas prestaciones, con datos cuantitativos que ayuden al entendimiento y mejora de estos sistemas.
  

• ROCA NONELL, ALEIX: On the interaction between the Linux kernel and runtime systems
  
  Autor/a: ROCA NONELL, ALEIX
  Programa: ARQUITECTURA DE COMPUTADORES
  Departamento: Departamento de Arquitectura de Computadores (DAC)
  Modalidad: Normal
  Fecha de depósito: 27/05/2026
  Fecha de lectura: 30/06/2026
  Hora de lectura: 11:00
  Lugar de lectura: Sala C6-E106
  Director/a de tesis: AYGUADÉ PARRA, EDUARD | BELTRAN QUEROL, VICENÇ
  Resumen de tesis: La Computación de Alto Rendimiento (HPC) sustenta el descubrimiento científico y la innovación industrial, pero su progreso depende de la eficacia con que las aplicaciones explotan los supercomputadores modernos, compuestos por miles de nodos y cientos de CPUs. La mayoría de los centros de supercomputación utilizan el núcleo Linux como base de su Sistema Operativo (SO). Aunque Linux destaca en cargas de trabajo secuenciales y ligeramente paralelas, puede no ser suficiente para demandas altamente paralelas. Para salvar esta brecha, los desarrolladores recurren a modelos de programación que expresan el paralelismo mediante dependencias fork-join o de flujo de datos, delegando la distribución del trabajo en los runtimes. Estos simplifican la programación paralela ocultando la complejidad de Linux y permitiendo a los desarrolladores centrarse en sus algoritmos. El acoplamiento entre Linux y los runtimes es esencial para mapear eficientemente la carga de trabajo sobre los recursos del sistema y maximizar la localidad espacial y temporal. Esto es especialmente relevante dado que la convergencia de HPC, el análisis de datos y la inteligencia artificial está transformando las cargas de trabajo HPC tradicionales en un ecosistema de servicios que interactúan entre sí, abriendo nuevos retos de cooperación.Esta tesis explora las oportunidades para estrechar el vínculo entre Linux y los runtimes desde los subsistemas de E/S, memoria, planificación e instrumentación. Analizamos cuellos de botella en escenarios reales y diseñamos soluciones tanto a nivel de núcleo como de usuario para mejorar el rendimiento global, el caudal y la latencia.En el subsistema de E/S, exploramos la integración de operaciones bloqueantes en los runtimes. Estas operaciones son invisibles para la gestión de CPUs del runtime y afectan a su capacidad para mantenerlas ocupadas. Una detección más precisa podría facilitar la superposición de E/S y cómputo.En el subsistema de memoria, abordamos la transición de los sistemas homogéneos hacia sistemas heterogéneos. Una solución transparente a nivel de núcleo o runtime podría permitir que las aplicaciones existentes aprovechen el nuevo paradigma sin modificaciones.En el subsistema de planificación, analizamos el impacto del cambio de contexto en tareas suspendibles de granularidad fina. Estas aplicaciones exponen gran cantidad de paralelismo con pequeñas ráfagas computacionales, lo que supone una carga tanto para el runtime como para el núcleo. En estos casos, la latencia del cambio de contexto se convierte en un cuello de botella, y su mejora puede incrementar considerablemente el rendimiento.Además, analizamos el impacto de la sobresuscripción en cargas de trabajo multiproceso y multi-runtime. Aunque suelen evitarse, la adopción de la inteligencia artificial los hace cada vez más frecuentes. Replanteando las políticas de planificación, es posible mejorar el rendimiento de forma transparente.Finalmente, en el subsistema de instrumentación, exploramos herramientas de perfilado para el runtime y el núcleo, y los beneficios de una solución conjunta para comprender mejor sus interacciones, como la detección de desequilibrios causados por el ruido del SO.