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Fotònica

La fotònica és la ciència que estudia la llum i la seva generació, propagació, manipulació i interacció amb la matèria. El resultat és una tecnologia multidisciplinària amb aplicacions en comunicacions, indústria, nanotecnologia, biologia, medicina, etc. Des de fa ja unes dècades, la fotònica ha donat lloc a una infinitat d’aplicacions que condicionen positivament l’esdevenir de les nostres vides, fins i tot en el més quotidià del dia a dia. Per posar-ne només uns pocs exemples, els actuals sistemes de comunicacions basats en fibres òptiques, les eines òptiques de diagnòstic i de teràpia en medicina, els mitjans de producció basats en les tecnologies làser, la metrologia i els sensors òptics, i l’energia fotovoltaica són solucions fotòniques a problemes actuals.

El Programa de Doctorat en Fotònica de la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) és impartit per l’Institut de Ciències Fotòniques (ICFO) dins el marc de l’Escola de Doctorat de la UPC. L’ICFO és un centre de recerca amb el distintiu d’Excel·lència Severo Ochoa, dedicat a l’estudi de les ciències i tecnologies de la llum. Va ser creat l’any 2002 per la Generalitat de Catalunya i la UPC i acull també ambiciosos programes de mecenatge finançats per la Fundació Privada Cellex i Mir-Puig de Barcelona. L’Institut té una triple missió: recerca de frontera, transferència de coneixement i tecnologia i formació postgraduada, principalment doctors. Actualment és un dels centres de referència del seu camp a nivell mundial.

Les tesis es van portar a terme en quatre línies de recerca que formen el Programa de Doctorat en Fotònica: la fotònica biomèdica, l’òptica quàntica, l’òptica no lineal i la nanofotònica. Les quatre línies d’investigació del Programa de Doctorat prioritzen les aplicacions de la fotònica en salut, energies renovables i tecnologies de la informació i es duen a terme mitjançant programes a llarg termini i projectes a mig termini en una varietat de camps que inclouen tecnologies de la informació quàntica, pantalles avançades, dispositius nanofotònics, fotònica de grafè, sensors remots, cèl·lules solars, optoelectrònica, òptica integrada, òptica ultraràpida, tècniques d’imatge de superresolució i tecnologies biomèdiques per a diagnòstic i teràpia, entre d’altres.

COORDINADOR/A

Artigas Garcia, David

CONTACTE

Institut de Ciències Fotòniques (ICFO)
Av. Carl Friedrich Gauss, 3
08860 Castelldefels

Tel.: 935 534 055
Correu electrònic: training@icfo.es

http://phd.icfo.eu/

Informació general

Perfil d'acces

El Programa de Doctorat de Fotònica està dirigit a estudiants amb expedients brillants a nivell internacional que desitgin realitzar un projecte de doctorat en algun dels diferents àmbits relacionats amb la fotònica.

Pel que fa als perfils d’accés, cal tenir en compte que la fotònica és una disciplina molt àmplia i que l’ICFO està format per diferents grups de recerca que treballen en les diferents branques de les ciències fotòniques. Així doncs, el Programa de Doctorat en Fotònica està dirigit a estudiants amb perfils d’accés molt ampli, que van des de la física fins a les enginyeries electrònica, elèctrica, de materials i de telecomunicacions, les matemàtiques, la química, la biologia, la bioenginyeria i la biofísica.

Pel que fa als coneixements d’idiomes, l’ICFO és un Institut de Recerca amb marcat caràcter internacional i té com a idioma d’ús diari l’anglès. Així doncs, els estudiants que accedeixin al Programa de Doctorat de Fotònica han de tenir un alt nivell d’anglès tant oral com escrit.

Pel que fa als objectius de carrera, el Programa de Doctorat en Fotònica admet tant estudiants que persegueixen un futur acadèmic com aquells que vulguin arribar a ser futurs líders en l’àmbit de transferència de coneixements i tecnologia o en l’àmbit de R+D dins l’entorn empresarial.

Pel que fa a característiques personals, es busca estudiants amb gran potencialitat, motivació i exigència per dur a terme un projecte d’excel·lència al màxim nivell internacional.

Perfil de sortida

En finalitzar els estudis el doctorand o doctoranda haurà adquirit les competències i habilitats següents, necessàries per dur a terme una recerca de qualitat (Reial Decret 99/2011, de 28 de gener, pel qual es regulen els ensenyaments oficials de doctorat):

a) Comprensió sistemàtica d'un camp d'estudi i domini de les habilitats i mètodes de recerca relacionats amb aquest camp.
b) Capacitat de concebre, dissenyar o crear, posar en pràctica i adoptar un procés substancial de recerca o creació.
c) Capacitat per contribuir a l'ampliació de les fronteres del coneixement a través d'una recerca original.
d) Capacitat de realitzar una anàlisi crítica i d'avaluació i síntesi d'idees noves i complexes.
e) Capacitat de comunicació amb la comunitat acadèmica i científica i amb la societat en general quant als seus àmbits de coneixement en els modes i idiomes d'ús habitual en la seva comunitat científica internacional.
f) Capacitat de fomentar, en contextos acadèmics i professionals, l'avenç científic, tecnològic, social, artístic o cultural dins d'una societat basada en el coneixement.

Així mateix, l'obtenció del títol de doctor ha de proporcionar una alta capacitació professional en àmbits diversos, especialment en els que requereixen creativitat i innovació. Els doctors han adquirit, almenys, les següents capacitats i habilitats personals per a:

a) Desenvolupar-se en contextos on hi ha poca informació específica.
b) Trobar les preguntes clau que és necessari respondre per resoldre un problema complex.
c) Dissenyar, crear, desenvolupar i emprendre projectes nous i innovadors en el seu àmbit de coneixement.
d) Treballar tant en equip com de manera autònoma en un context internacional o multidisciplinari.
e) Integrar coneixements, enfrontar-se a la complexitat i formular judicis amb informació limitada.
f) La crítica i defensa intel·lectual de solucions.

Per finalitzar, els doctorands hauran de demostrar les competències següents:
a) Haver adquirit coneixements avançats en la frontera del coneixement i demostrat, en el context de la recerca científica reconeguda internacionalment, una comprensió profunda detallada i fonamentada dels aspectes teòrics i pràctics i de la metodologia científica en un o més àmbits de recerca.
b) Haver fet una contribució original i significativa a la recerca científica en el seu àmbit de coneixement i que aquesta contribució hagi estat reconeguda com a tal per la comunitat científica internacional.
c) Haver demostrat que són capaços de dissenyar un projecte de recerca amb el qual dur a terme una anàlisi crítica i una avaluació de situacions imprecises on aplicar les seves contribucions i els seus coneixements i metodologia de treball per realitzar una síntesi d’idees noves i complexes que produeixin un coneixement més profund del context de recerca en què es treballi.
d) Haver desenvolupat l’autonomia suficient per iniciar, gestionar i liderar equips i projectes de recerca innovadors i col·laboracions científiques, nacionals o internacionals, dins del seu àmbit temàtic, en contextos multidisciplinaris i, quan calgui, amb un alt component de transferència de coneixement.
e) Haver mostrat que són capaços de desenvolupar la seva activitat investigadora amb responsabilitat social i integritat científica.
f) Haver demostrat dins el seu context científic específic que són capaços de realitzar avenços en aspectes culturals, socials o tecnològics, així com de fomentar la innovació en tots els àmbits en una societat basada en el coneixement.
g) Haver justificat que són capaços de participar en les discussions científiques que es desenvolupen a nivell internacional en el seu àmbit de coneixement i de divulgar els resultats de la seva activitat de recerca a tot tipus de públics.

Nombre de places

30

Durada dels estudis i règim de dedicació

Durada
La durada dels estudis de doctorat a temps complet és d'un màxim de tres anys, a comptar des de l'admissió del doctorand o doctoranda al programa fins a la presentació de la tesi doctoral. La comissió acadèmica del programa de doctorat pot autoritzar que es duguin a terme els estudis de doctorat a temps parcial. En aquest cas, els estudis tenen una duració màxima de cinc anys des de l'admissió al programa fins a la presentació de la tesi doctoral. A l'efecte del còmput d'aquests terminis, el moment d'admissió es considera que és la primera matrícula de tutoria i el de presentació, el moment en què l'Escola de Doctorat formalitza el dipòsit de la tesi doctoral.

La duració mínima del doctorat és de dos anys, a comptar des de l'admissió del doctorand o doctoranda al programa fins al dipòsit de la tesi doctoral per als doctorands i doctorandes a temps complet, i de quatre anys per als doctorands i doctorandes a temps parcial. Es pot sol·licitar l'exempció d'aquest termini a la comissió acadèmica del programa de doctorat, amb l'autorització del director o directora i del tutor acadèmic o tutora acadèmica de la tesi, sempre que hi concorrin motius justificats.

A l'efecte del còmput dels períodes anteriors, no es tenen en compte les baixes per malaltia, embaràs o qualsevol altra causa prevista per la normativa vigent. L'estudiant que es trobi en qualsevol de les situacions especificades ha de comunicar-ho a la comissió acadèmica del programa de doctorat, la qual n'ha d'informar, si escau, l'Escola de Doctorat. El doctorand o doctoranda pot sol·licitar la baixa temporal del programa per a un període màxim d'un any, ampliable fins a un any més. La sol·licitud, justificada, s'ha d'adreçar a la comissió acadèmica del programa de doctorat, que ha de resoldre si es concedeix la baixa temporal sol·licitada. Cada programa ha d'establir les condicions de readmissió al doctorat.

Pròrroga dels estudis
En el cas dels estudis a temps complet, si una vegada transcorregut el termini de tres anys no s'ha presentat la sol·licitud de dipòsit de la tesi doctoral, la comissió acadèmica del programa pot autoritzar una pròrroga d'aquest termini d'un any més en les condicions que s'hagin establert en el programa. En el cas dels estudis a temps parcial, es pot autoritzar una pròrroga de dos anys més. Tant en el cas dels estudis a temps complet com en el dels estudis a temps parcial, excepcionalment i mitjançant la sol·licitud motivada de la comissió acadèmica del programa de doctorat, la Comissió Permanent de l'Escola de Doctorat pot ampliar la pròrroga un altre any addicional.

Baixa del programa de doctorat
Són motiu de baixa d'un programa de doctorat:

  • La sol·licitud motivada del doctorand o doctoranda de la baixa del programa.
  • L'exhauriment del termini màxim de permanència i de les pròrrogues corresponents que s'hagin autoritzat.
  • No haver formalitzat la matrícula anual en cada curs (excepte que s'hagi autoritzat una baixa temporal).
  • Obtenir dues avaluacions consecutives no satisfactòries.
  • Tenir expedients disciplinaris amb una resolució de desvinculació de la UPC.

La baixa del programa implica que el doctorand o doctoranda no hi pot continuar i el tancament de l‘expedient acadèmic. No obstant això, pot sol·licitar la readmissió a la comissió acadèmica del programa, que, d'acord amb els criteris establerts a la normativa, n'ha de tornar a valorar l'accés.

Ajuts de matrícula

El compromís de l’ICFO i els professors del Programa de Doctorat en Fotònica és que tots els doctorands gaudeixin d’una beca/salari que els permeti concentrar-se en la tesi doctoral a temps complet. L’ajuda inclou totes les despeses de matrícula.

Organització

COORDINADOR/A:
COMISSIÓ ACADÈMICA DEL PROGRAMA:
UNITATS ESTRUCTURALS:
  • Institut de Ciències Fotòniques (PROMOTORA)
Direcció URL específica del programa de doctorat:
http://phd.icfo.eu/

CONTACTE:

Institut de Ciències Fotòniques (ICFO)
Av. Carl Friedrich Gauss, 3
08860 Castelldefels

Tel.: 935 534 055
Correu electrònic: training@icfo.es


Convenis amb altres institucions

L’ICFO té convenis de col·laboració amb un nombre important d’empreses, entre les quals, Leica Microsystems, Corning, Nikon-Izasa Grup Sorigué, Accelerate Diagnostics, SL, Fyla All-Fiber Ultrafast Lasers i GRAPHENEA, per esmentar-ne algunes. També participa en xarxes d’excel·lència (EuroBioimaging, Laserlab Europe, Corbel…) i coordina diversos projectes de Graphene Flagship i Quantum Flagship dins el Program Horizon 2020 de la Unió Europea.

Accés, admissió i matrícula

Perfil d'acces

El Programa de Doctorat de Fotònica està dirigit a estudiants amb expedients brillants a nivell internacional que desitgin realitzar un projecte de doctorat en algun dels diferents àmbits relacionats amb la fotònica.

Pel que fa als perfils d’accés, cal tenir en compte que la fotònica és una disciplina molt àmplia i que l’ICFO està format per diferents grups de recerca que treballen en les diferents branques de les ciències fotòniques. Així doncs, el Programa de Doctorat en Fotònica està dirigit a estudiants amb perfils d’accés molt ampli, que van des de la física fins a les enginyeries electrònica, elèctrica, de materials i de telecomunicacions, les matemàtiques, la química, la biologia, la bioenginyeria i la biofísica.

Pel que fa als coneixements d’idiomes, l’ICFO és un Institut de Recerca amb marcat caràcter internacional i té com a idioma d’ús diari l’anglès. Així doncs, els estudiants que accedeixin al Programa de Doctorat de Fotònica han de tenir un alt nivell d’anglès tant oral com escrit.

Pel que fa als objectius de carrera, el Programa de Doctorat en Fotònica admet tant estudiants que persegueixen un futur acadèmic com aquells que vulguin arribar a ser futurs líders en l’àmbit de transferència de coneixements i tecnologia o en l’àmbit de R+D dins l’entorn empresarial.

Pel que fa a característiques personals, es busca estudiants amb gran potencialitat, motivació i exigència per dur a terme un projecte d’excel·lència al màxim nivell internacional.

Requisits d'accés

Per accedir a un programa oficial de doctorat cal tenir els títols oficials espanyols de grau, o equivalent, i de màster universitari, o equivalent, sempre que s'hagin superat, com a mínim, 300 crèdits ECTS en el conjunt d'aquests dos ensenyaments. (Reial decret 43/2015, de 2 de febrer)

Així mateix, hi poden accedir aquelles persones que es troben en algun d'aquests altres supòsits:

  • Tenir un títol universitari oficial espanyol o d'un altre país integrant de l'EEES que habiliti per a l'accés a estudis de màster, d'acord amb el que estableix l'article 16 del Reial decret 1393/2007, de 29 d'octubre, pel qual s'estableix l'ordenació dels ensenyaments universitaris oficials, i haver superat un mínim de 300 crèdits ECTS en el conjunt d'estudis universitaris oficials, dels quals com a mínim 60 han de ser d'estudis de màster.
  • Tenir un títol oficial espanyol de graduat o graduada, la durada del qual, d'acord amb les normes de dret comunitari, sigui, com a mínim, de 300 crèdits ECTS. Aquestes persones han de cursar amb caràcter obligatori els complements de formació, llevat que el pla d'estudis del títol de grau corresponent inclogui crèdits de formació en recerca equivalents quant a valor formatiu als crèdits en recerca procedents d'estudis de màster.
  • Tenir un títol universitari i, amb l'obtenció prèvia d'una plaça en formació en la prova d'accés corresponent a places de formació sanitària especialitzada, haver superat amb una avaluació positiva com a mínim dos anys de formació d'un programa per a l'obtenció del títol oficial d'alguna de les especialitats en ciències de la salut.
  • Haver obtingut un títol de sistemes educatius estrangers, sense que en sigui necessària l'homologació, amb la comprovació prèvia de la UPC que aquest acredita un nivell de formació equivalent a la del títol oficial espanyol de màster universitari i que faculta al país expedidor del títol per a l'accés a estudis de doctorat. Aquesta admissió no implica, en cap cas, l'homologació del títol previ que té la persona interessada ni el seu reconeixement a cap altre efecte que el de l'accés a ensenyaments de doctorat.
  • Tenir un altre títol espanyol de doctor o doctora obtingut d'acord amb ordenacions universitàries anteriors.
  • Nota 1: Normativa d'accés als estudis de doctorat per a les persones titulades de llicenciatura, enginyeria o arquitectura conforme al sistema anterior a l'entrada en vigor de l'EEES (CG 47/02 2014)

    Nota 2: Acord núm. 64/2014 del Consell de Govern pel qual s'aprova el procediment i els criteris de valoració dels requisits acadèmics d'admissió al doctorat amb estudis estrangers no homologats (CG 25/03 2014)

Criteris d'admissió i valoració de mèrits

La sol·licitud d’admissió al Doctorat en Fotònica es canalitza a través de la pàgina http://jobs.icfo.eu/, a la qual són dirigits tots els estudiants interessats. En aquesta pàgina es publica informació detallada sobre les vacants específiques disponibles per a estudiants de doctorat en cada moment en cada un dels grups de recerca de l’ICFO.

Pel que fa als criteris de selecció, en particular, l’òrgan d’admissió del Programa de Fotònica valora les sol·licituds segons els criteris de valoració de mèrits i ponderació especificats a continuació:

1. Alt rendiment acadèmic previ: inclou l’expedient acadèmic i proves aportades de beques i premis obtinguts (55%).
2. Alt nivell d’anglès: es valoren certificats de nivell d’anglès aportats, testimonis en el CV d’estades fetes fora del seu país d’origen, nivell de conversa mostrat en l’entrevista personalitzada (15%).
3. Alta potencialitat: es valoraran testimonis en el CV de participació prèvia en projectes de recerca, participació en publicacions científiques, mobilitat de l’estudiant durant els seus estudis o altres mèrits relacionats que l’estudiant hagi fet constar. També es tindrà en compte l’adequació dels estudis realitzats previs al projecte per al qual els estudiants tramitin la seva sol·licitud, així com proves aportades d’activitats extraacadèmiques realitzades (d’emprenedoria, serveis a la comunitat i altres mèrits relacionats que l’estudiant hagi fet constar) i informació aportada en les cartes de referència (15%).
4. Alta motivació a partir de les proves mostrades en l’entrevista personalitzada i els motius exposats en la carta de presentació (15%).

Finalment, cal esmentar també que durant tot el procés d’admissió en el Doctorat de Fotònica es vetlla pel compliment dels principis de transparència, eficiència i comparació internacional establerts en el European Charter for Researchers i el European Code of Conduct for the Recruitment of Researchers. Així mateix, no s’aplica durant aquest procés cap discriminació per raó de gènere o nacionalitat.

Complements formatius

No requereixen complements de formació aquells estudiants que provinguin dels màsters vinculats: Master in Photonics i Erasumus Mundus Master in Photonics Engineering, Nanophotonics and Biophotonics.

Per a aquells estudiants que provinguin de màsters en Fotònica d’altres universitats, s’avaluarà l’expedient i el projecte en què treballaran i es determinarà en cada cas si és necessària la superació de complements de formació específics.

Per a aquells estudiants que provinguin de màsters en altres temàtiques, s’avaluarà l’expedient particular i el projecte en què treballaran i es determinarà, en cada cas, si és necessària la superació de complements de formació específics. En el cas que així s’especifiqui, aquests estudiants hauran de cursar complements de formació en les següents assignatures del Màster en Fotònica de la UPC:
• Introduction to Photonics. Optics and Lasers (5 ECTS).
• Photonics Laboratory (5 ECTS).

Període de matrícula dels nous doctorands

La matrícula està oberta tot l’any dins de calendari establert per l’Escola de Doctorat.

Més informació a la secció de matrícula per a nous doctorands

Període de matrícula

Durant el mes de setembre.

Més informació a la secció general de matrícula

Seguiment i avaluació del doctorand

Procediment per l'elaboració i defensa del pla de recerca

El doctorand o doctoranda ha d'elaborar un pla de recerca, abans de finalitzar el primer any, que s'inclourà en el document d'activitats del doctorand o doctoranda. Aquest pla, que podrà ser millorat durant els estudis de doctorat, ha de ser avalat pel tutor o tutora i pel director o directora, i ha d'incloure la metodologia que s'utilitzarà, així com els objectius que es vulguin aconseguir amb la investigació.

Com a mínim una de les avaluacions anuals ha de preveure una exposició i defensa pública del pla de recerca i de l'estat del treball realitzat davant un tribunal compost per tres doctors o doctores, d'acord amb el que determini cada comissió acadèmica. Aquest tribunal emet una acta amb la qualificació de satisfactori o no satisfactori. L'avaluació positiva del pla de recerca és un requisit indispensable per continuar en el programa de doctorat. Si l'avaluació és no satisfactòria, el doctorand o doctoranda disposa d'un termini de sis mesos per elaborar i presentar un nou pla de recerca, que avalua la comissió acadèmica del programa de doctorat.

Aquesta mateixa comissió s'encarrega d'avaluar anualment el pla de recerca, així com la resta d'evidències incloses en el document d'activitats del doctorand o doctoranda. Dues avaluacions consecutives no satisfactòries del pla de recerca comporten la baixa definitiva del programa.

En cas que el doctorand o doctoranda canviï de tema de tesi, haurà de presentar un nou pla de recerca.

Activitats formatives del programa

El Programa de Doctorat en Fotònica no especifica un nombre mínim d’articles publicats, assistències a conferències o altres activitats. No obstant això, la Comissió Acadèmica del programa vetllarà a nivell individual que cada tesi assoleixi els estàndards més alts a nivell internacional abans de permetre’n la defensa.

A continuació, es detallen les activitats formatives del programa, la durada i el caràcter obligatori o opcional:

• Tutoria (reunions amb el director de tesi), 288 h/any, obligatòria.
• Avaluació/seguiment del DAD i del pla de recerca, 4 hores, obligatòria.
• Seminaris científics, 25 h/any, optativa.
• Seminaris ICONS (organitzats per doctorands per a doctorands), 40 h/any, optativa.
• Cafès amb investigadors prominents, 2 h/any, optativa.
• ’Workshops’ del programa, 1 dia/any, participació obligatòria com a mínim un any.
• Estades en centres internacionals, 3 mesos, optativa.
• Classes de doctorat: Theory Lectures i Bio Lectures, 65 h/any, optativa.
• Activitats de divulgació (’outreach’): 18 hores, obligatòria.
• Formació en habilitats tècniques: 5 hores per tècnica, optativa.
• Formació en habilitats informacionals: 1,5 hores, optativa.
• Presentacions orals efectives: 10 hores, optativa.
• ICFO-ESADE, ‘De la ciència als negocis’: 24 hores, optativa.
• Introducció a l’elaboració i gestió de patents: 7,5 hores, optativa.
• Cursos d’idiomes (anglès, català, espanyol): 40 hores, optativa.
• Visites a instal·lacions i laboratoris: 4 h/visita, optativa.

Procediment d'assignació de tutor i director de tesi

La comissió acadèmica del programa assigna un director o directora de tesi a cada doctorand o doctoranda en el moment de l'admissió o en la primera matrícula, atès el compromís de direcció de la resolució d'admissió al programa.

El director o directora de tesi és la persona responsable de la coherència i idoneïtat de les activitats de formació, de l'impacte i la novetat en el seu camp de la temàtica de la tesi doctoral i de la guia en la planificació i la seva adequació, si n'hi ha, a la d'altres projectes i activitats on s'inscrigui el doctorand o doctoranda. Amb caràcter general, el director o directora de la tesi és un professor o professora o un investigador o investigadora membre de la Universitat Politècnica de Catalunya amb el títol de doctor o doctora i experiència investigadora acreditada. Aquest concepte inclou el personal doctor de les entitats vinculades, segons la decisió del Consell de Govern, i d'instituts de recerca adscrits a la UPC, d'acord amb els convenis de col·laboració i d'adscripció corresponents. Quan el director o directora és personal de la UPC també actua com a tutor o tutora.

Els doctors o doctores a qui, per raó de la seva relació contractual o l'entitat d'adscripció, no els són aplicables els conceptes anteriors, han de rebre un informe positiu de la Comissió Permanent de l'Escola de Doctorat de la UPC per poder formar part del programa de doctorat com a investigador o investigadora amb recerca acreditada.

La comissió acadèmica del programa de doctorat pot aprovar la designació d'un doctor o doctora expert que no pertanyi a la UPC com a director o directora. En aquest cas, cal l'autorització prèvia de la Comissió Permanent de l'Escola de Doctorat de la UPC, així com la proposta d'un doctor o doctora amb experiència investigadora acreditada de la UPC, que actua com a codirector o codirectora o, si no n'hi ha, com a tutor o tutora.

El director o directora de tesi pot renunciar a la direcció de la tesi doctoral, sempre que hi concorrin raons justificades apreciades per la comissió. En aquest cas, la comissió acadèmica del programa de doctorat ha d'assignar al doctorand o doctoranda un nou director o directora.

La comissió acadèmica del programa de doctorat, una vegada ha escoltat el doctorand o doctoranda, pot modificar el nomenament del director o directora de tesi en qualsevol moment del període de realització del doctorat, sempre que hi concorrin raons justificades.

Si hi ha motius acadèmics que ho justifiquen (interdisciplinarietat temàtica, programes conjunts o internacionals, etc.) i la comissió acadèmica del programa ho acorda, es pot assignar un codirector o codirectora de tesi addicional. El director o directora i el codirector o codirectora tenen les mateixes competències i el mateix reconeixement acadèmic.

El nombre màxim de supervisors que pot tenir una tesi doctoral és de dos: un director o directora i un codirector o codirectora.

Per a tesis en règim de cotutela i de doctorat industrial, si és necessari i ho estableix el conveni, es pot acordar no aplicar-hi aquest màxim. No obstant això, el nombre màxim de directors o directores que poden pertànyer a la UPC és de dos.

Més informació a la secció de tesis doctorals

Permanència

En el cas dels estudis a temps complet, si un cop transcorregut el termini de tres anys no s'ha presentat la sol·licitud de dipòsit de la tesi doctoral, la comissió acadèmica del programa pot autoritzar una pròrroga d'aquest termini d'un any més en les condicions que la Normativa acadèmica dels estudis de doctorat de la Universitat Politècnica de Catalunya hagi establert en el programa. En el cas dels estudis a temps parcial, es pot autoritzar una pròrroga de dos anys més. Tant en el cas dels estudis a temps complet com en el dels estudis a temps parcial, excepcionalment, i a sol·licitud motivada de la comissió acadèmica del programa de doctorat, la Comissió Permanent de l'Escola de Doctorat pot ampliar la pròrroga un altre any addicional.

Són motiu de baixa d'un programa de doctorat:

  • La sol·licitud motivada del doctorand o doctoranda de la baixa del programa.
  • L'exhauriment del termini màxim de permanència i de les pròrrogues corresponents que s'hagin autoritzat.
  • No haver formalitzat la matrícula anual en cada curs (llevat que s'hagi autoritzat una baixa temporal).
  • Obtenir dues avaluacions consecutives no satisfactòries.
  • Tenir expedients disciplinaris amb una resolució de desvinculació de la UPC.

La baixa del programa implica que el doctorand o doctoranda no hi pot continuar i el tancament de l'expedient acadèmic. No obstant això, pot sol·licitar la readmissió a la comissió acadèmica del programa, que, d'acord amb els criteris establerts a la normativa, n'ha de tornar a valorar l'accés.

Menció Internacional

El títol de doctor o doctora pot incloure la menció internacional. En aquest cas, el doctorand o doctoranda haurà de complir els requisits següents:

a) Al llarg de l'etapa formativa necessària per obtenir el títol de doctor o doctora, el doctorand o doctoranda ha d'haver fet una estada mínima de tres mesos en una institució d'ensenyament superior o centre de recerca de prestigi fora d'Espanya, per cursar-hi estudis o fer-hi treballs de recerca. L'estada i les activitats han d'estar avalades pel director o directora i han d'estar autoritzades per la comissió acadèmica del programa, i cal acreditar-les amb el certificat corresponent expedit per la persona responsable del grup de recerca de l'organisme o els organismes on s'ha realitzat. Aquesta informació s'incorpora al document d'activitats.
b) Una part de la tesi, com a mínim el resum i les conclusions, s'ha d'haver redactat i presentat en una de les llengües habituals per a la comunicació científica en el seu camp de coneixement i diferent de les que són oficials a Espanya. Aquesta norma no s'aplica si l'estada, els informes i els experts provenen d'un país de parla hispana.
c) La tesi ha de tenir l'informe previ, acreditat oficialment, d'un mínim de dos doctors o doctores experts que pertanyin a alguna institució d'ensenyament superior o centre de recerca no espanyol.
d) Com a mínim un doctor o doctora expert, pertanyent a una institució d'ensenyament superior o de recerca no espanyol i que no sigui la persona responsable de l'estada (apartat a), ha d'haver format part del tribunal d'avaluació de la tesi.
e) La defensa de la tesi s'ha d'haver fet a les instal·lacions de la UPC o, en el cas de programes conjunts, al lloc que s'especifica en el conveni de col·laboració.

Recursos d'aprenentage

Més enllà de les unitats i serveis de suport disponibles a la Universitat, l’equip d’administració de l’ICFO està format per personal altament especialitzat en diferents temàtiques que proporciona una ajuda específica i propera als estudiants del Doctorat en Fotònica. Concretament, l’ICFO compta amb:

• Unitat de Recursos Humans i Educació: tràmits acadèmics, de contractació i permisos d’estrangeria, aspectes d’allotjament, ajuts predoctorals per a la realització d’estudis de doctorat i ajudes de mobilitat per a estudiants de doctorat.
• Unitat de Transferència de Coneixements i Tecnologia: https://www.icfo.eu/lang/industry
• Unitat de Projectes de l’ICFO: responsable de la recerca d’oportunitats de finançament, assessorament als investigadors en la preparació de propostes i tramitació de sol·licituds.

A més, els doctorands del Programa de Fotònica tenen accés a Laboratori de Nanofabricació, el Servei de Microscòpia de Superresolució i Nanoscòpia, el Laboratori d’Enginyeria Avançada, el Laboratori de Biologia i els laboratoris de Química i Postprocessament: https://www.icfo.eu/lang/research/facilities

Tesis Doctorals

Llistat de tesis autoritzades per a defensa

  • BORDACCHINI, IVAN: Discerning between thermal and electronic effects in plasmonenhanced organic reactions
    Autor/a: BORDACCHINI, IVAN
    Tesi completa: (contacteu amb l'Escola de Doctorat per confirmar que sou un doctor acreditat i obtenir l'enllaç a la tesi)
    Programa: FOTÒNICA
    Departament: Institut de Ciències Fotòniques (ICFO)
    Modalitat: Normal
    Data de dipòsit: 30/09/2020
    Data de lectura: 30/10/2020
    Hora de lectura: 11:00
    Lloc de lectura: Auditori de l¿ICFO_ Mediterranean Technology Park, Avinguda Carl Friedrich Gauss, 3, 08860 Casteldefels, Barcelona - Videconferència: http://s.ic.fo/1dpcR
    Director/a de tesi: QUIDANT, ROMAIN
    Tribunal:
         PRESIDENT: PERICAS BRONDO, MIQUEL ANGEL
         SECRETARI: KONSTANTATOS, GERASIMOS
         VOCAL: BALDI, ANDREA
    Resum de tesi: A partir del trabajo pionerito de Fujishima y Honda sobre el dióxido de titanio, TiO2, para la fotólisis electroquímica de agua bajo irradiación ultravioleta (UV), la fotocatálisis basada en semiconductores y la energía fotovoltaica se han convertido en un campo de investigación en rápido crecimiento. Sin embargo, la luz ultravioleta representa solo el 4% del espectro solar, mientras que la luz visible representa el 42% de la radiación solar total. Por lo tanto, la comunidad científica centró sus esfuerzos en la optimización y extensión del espectro de absorción de materiales, basados en semiconductores, a la región visible del espectro solar. Desde 2004, la deposición de nanopartículas plasmónicas (NP) en semiconductores surgió como una posible solución para generar electrones energéticos capaces de impulsar reacciones bajo irradiación visible. Desde entonces, se han publicado numerosas contribuciones en el campo de la fotocatálisis por medio de la excitación de plasmones con aplicaciones relevantes en la disociación de agua, síntesis orgánica y energía fotovoltaica. En el campo de la fotocatálisis heterogénea, los electrones energéticos generados por plasmón fueron ampliamente aceptados como responsables del efecto catalítico observado de las NP plasmónicas. Recientemente, varias contribuciones científicas han cuestionado el mecanismo real que desencadena las reacciones catalizadas por plasmón, con la hipótesis de que los efectos térmicos son, en cambio, el factor predominante que influye en la actividad de un catalizador plasmónico.Nuestro objetivo fue diferenciar entre los efectos térmicos y electrónicos de los NP plasmónicos en una reacción de prueba, el acoplamiento reductor de nitrobenceno a azobenceno, bajo irradiación con láseres de 532 nm y/o 875 nm. Además, también nos propusimos desarrollar una metodología que pudiera replicarse fácilmente en otros laboratorios y usarse como prueba de referencia para reacciones en solución donde se explota la excitación de plasmones. En este trabajo se ha optimizado el tamaño y la forma de las partículas de oro, AuNPs, para obtener catalizadores caracterizados de diferente absorción en la región visible e infrarroja cercana (NIR) para controlar y seleccionar los efectos electrónicos y térmicos del catalizador. La actividad de los catalizadores sintetizados para la reacción de prueba se comparó con la actividad del catalizador de referencia tipo A del Gold World Council. La caracterización del catalizador de Au/TiO2 sintetizado con mediciones de reflectancia difusa evidenció que la presencia de pequeñas cantidades de AuNP no modificó la posición de la banda prohibida del soporte, lo que sugiere que, bajo irradiación de luz visible, la catálisis se produjo en la superficie de los AuNP. La determinación de la entalpía de activación para cada paso de la reacción mostró que el segundo paso de la reacción estaba fuertemente influenciado por la irradiación láser de 532 nm. De hecho, nuestros cálculos demostraron una diferencia de energía entre las reacciones iluminadas y oscuras en el primer paso de reacción de 1.1 Kcal ¿mol¿^(-1) mientras que la del segundo paso fue de 5.9 Kcal ¿mol¿^(-1). Además, se analizaron los resultados de experimentos diseñados explotando principios de estadística y ejecutando la reacción de prueba en presencia de dos catalizadores que se diferencian por las formas de las AuNP y bajo diferentes fuentes de láser. Los resultados se procesaron para obtener modelos fenomenológicos predictivos para el intermedio y el producto de la reacción, azoxibenceno y azobenceno, respectivamente. Los modelos obtenidos permitieron confirmar que en la reacción investigada los efectos electrónicos son predominantes con respecto a la contribución de los efectos térmicos, generados por interacción electrón-fonón de los AuNP cilíndricos, no influyó significativamente en el resultado de la r
  • MUÑOZ GIL, GORKA: Anomalous diffusion: from life to machines
    Autor/a: MUÑOZ GIL, GORKA
    Tesi completa: (contacteu amb l'Escola de Doctorat per confirmar que sou un doctor acreditat i obtenir l'enllaç a la tesi)
    Programa: FOTÒNICA
    Departament: (164)
    Modalitat: Normal
    Data de dipòsit: 02/10/2020
    Data de lectura: pendent
    Hora de lectura: pendent
    Lloc de lectura: pendent
    Director/a de tesi: LEWENSTEIN, MACIEJ | GARCÍA MARCH, MIGUEL ANGEL
    Tribunal:
         PRESIDENT: KRAPF, DIEGO
         SECRETARI: WIESER, STEFAN
         VOCAL: MASSON, JEAN-BAPTISTE
    Resum de tesi: La difusión es el fenómeno por el cual partículas de todas formas y tamaños se mueven a través del entorno que les rodea. Su estudio se ha convertido en una potente herramienta para entender el comportamiento de sistemas complejos. Gracias al reciente desarrollo de diferentes técnicas experimentales, este fenómeno ha generado un enorme interés tanto desde el punto de vista experimental como del teórico, y en especial,en el estudio del movimiento de partículas microscópicas en entornos biológicos. Mediante el análisis de las trayectorias de estas partículas, no solo somos capaces de caracterizar sus propiedades, sino también las de su entorno. El propio Albert Einstein, autor junto con Marian Smoluchowski de la teoría de la difusión, demostró que era posible calcular el radio de los átomos de un líquido simplemente mediante el análisis del movimiento de una partícula suspendida en este. Esta teoría, que dio origen a lo que hoy conocemos como movimiento Browniano, consideraba que la interacción homogénea de una partícula con su entorno provocaba el movimiento aleatorio de esta última.Aunque el movimiento Browniano haya sido utilizado para describir una enorme cantidad de experimentos, hoy sabemos que existen sistemas particulares que se desvían de sus predicciones. Esta divergencia ha dado pie al desarrollo de la teoría de la difusión anómala, en la que, debido a las propiedades de las partículas y sus entornos, la difusión difiere drásticamente de las predicciones de la teoría Browniana. Algunos fenómenos como la ergodicidad, Gausianidad o el envejecimiento de difusión, particulares de la difusión anómala, son hoy en día cruciales para entender el movimiento de partículas en sistemas complejos.En términos teóricos, la difusión anómala tiene unas bases firmes, con las cuáles se explica gran parte de las observaciones experimentales más recientes. Esta teoría, sin embargo, suele centrarse en la descripción de la difusión desde un punto de vista macroscópico. Esto quiere decir: analizar un sistema mediante modelos generales, capaces de predecir propiedades colectivas o globales. Aunque las teorías macroscópicas consiguen describir correctamente la mayoría de los procesos de difusión, no tienen la capacidad de discernir qué tipo de interacciones dan lugar a la difusión anómala.El trabajo presentado en esta tesis tiene dos objetivos principales. El primero es explorar el uso de modelos microscópicos (o fenomenológicos) para entender la difusión anómala. Un modelo microscópico, en contraposición al macroscópico, describe el sistema a partir de sus propiedades específicas. En este caso, a partir del tipo de interacciones que existen entre las partículas y su entorno. El objetivo es por lo tanto entender cuáles de estas interacciones producen difusión anómala. Además, caracterizaremos los parámetros macroscópicos de la difusión, como el exponente anómalo, y mostraremos como depende de las propiedades del sistema. En el camino, exploraremos cómo fenómenos como la rotura débil de la ergodicidad (weak-ergodicity breaking) o la separación de fase aparecen en sistemas con interacciones complejas.El segundo objetivo consiste en el desarrollo de técnicas para la caracterización de trayectorias provenientes de procesos de difusión. Aunque nuestro entendimiento teórico llegue a niveles insospechados en los próximos años, sin un análisis correcto y preciso de las trayectorias experimentales, jamás podremos construir un puente entre teoría y experimentos. Por tanto, el desarrollo de técnicas con las que analizar con la mayor precisión posible dichas trayectorias es un problema igual de importante que el desarrollo teórico de la difusión. En este trabajo, estudiaremos cómo las técnicas de aprendizaje automático (Machine Learning) pueden ser utilizadas para caracterizar dichas trayectorias, llegando a niveles de precisión y análisis muy por encima

Darrera actualització: 24/10/2020 05:09:06.

Llistat de tesis en dipòsit

  • WINKLER, PAMINA: Novel planar photonic antennas to address the dynamic nanoarchitecture of biological membranes
    Autor/a: WINKLER, PAMINA
    Tesi completa: (contacteu amb l'Escola de Doctorat per confirmar que sou un doctor acreditat i obtenir l'enllaç a la tesi)
    Programa: FOTÒNICA
    Departament: Institut de Ciències Fotòniques (ICFO)
    Modalitat: Normal
    Data de dipòsit: 19/10/2020
    Data de lectura: pendent
    Hora de lectura: pendent
    Lloc de lectura: pendent
    Director/a de tesi: GARCÍA PARAJO, MARÍA
    Tribunal:
         PRESIDENT: WIENTJES, INA EMILIA
         SECRETARI: VAN HULST, NIEK
         VOCAL: SEZGIN, ERDINC
    Resum de tesi: La membrana plasmática separa el entorno intracelular del extracelular y está compuesta por una multitud de diferentes proteínas y lípidos. Su organización está fuertemente interconectada a su función, y es sensible a perturbaciones tanto de la actina cortical posicionada internamente en proximidad con la membrana, así como de una red extracelular en contacto próximo con la membrana exterior. Estas perturbaciones ocurren a distintas escalas temporales y espaciales, llegando a unos pocos nanómetros. Dada la estrecha relación entre la organización de la membrana y su función biológica, es tremendamente importante entender como lípidos y proteínas se organizan dinámicamente a la escala nanométrica y como se ven afectados por su entorno. El objetivo principal de esta tesis doctoral se centra en alcanzar este entendimiento.Las antenas fotónicas son nano-estructuras metálicas que incrementan la radiación electromagnética en regiones nanométricas (< 20 nm) del espacio. En esta tesis doctoral, hemos fabricado y utilizado plataformas con matrices de antenas en oro, y con regiones de confinamiento entre 10-45 nm. Además, hemos combinado estas antenas con la técnica de ¿fluorescence correlation spectroscopy (FCS)¿ a fin de obtener información espaciotemporal a la nano-escala en membranas biológicas, junto a la sensibilidad de detectar moléculas individuales a altas concentraciones.En esta disertación, describimos primero la fabricación de antenas fotónicas y caracterizamos su rendimiento utilizando técnicas de microscopía electrónica y FCS de moléculas individuales en solución. Nuestros resultados demuestran factores de incremento de la fluorescencia entre 104-105, en regiones ultra-confinadas, y una capacidad para detectar moléculas individuales en rango de concentraciones de micro-molares.Una vez validadas nuestras herramientas, nos enfocamos en su uso para el estudio dinámico de la organización de membranas lipídicas miméticas a escala nanométrica. En el caso de composiciones ternarias de lípidos insaturados, saturados y colesterol, hemos descubierto la existencia de heterogeneidades nanoscópicas y transitorias que coexisten tanto en las regiones ordenadas como desordenadas de las membranas lipídicas.El siguiente capítulo contiene resultados enfocados a estudiar el efecto del entorno extracelular en la organización dinámica de este tipo de capas lipídicas. Para ello, y como modelo, preparamos membranas lipídicas cubiertas de ácido hialurónico (HA), un componente abundantemente expresado en la matriz extracelular. Combinando FCS con microscopia y espectroscopia de fuerzas atómicas, logramos resolver la influencia de HA a escala nanométrica en la organización de la fase ordenada de las membranas lipídicas. Nuestros resultados indican la existencia de un efecto sinérgico entre HA y colesterol en el reordenamiento de la membrana a la nano-escala.El siguiente tema de investigación en esta tesis doctoral se enfoca a la aplicación de antenas fotónicas y FCS para el estudio de dominios lipídicos enriquecidos de colesterol en la membrana plasmática de células vivas. La utilización de estas antenas nos ha permitido, por primera vez, remontar la barrera de 30 nm, y demostrar de manera inequívoca la existencia de dominios enriquecidos en colesterol en células vivas con una resolución espacial de 10 nm.Finalmente, hemos demostrado la capacidad de multiplexado de nuestras antenas fotónicas, combinando una iluminación y detección en campo amplio utilizando una camera sCMOS. Describimos la implementación de nuestro esquema, así como también medidas que demuestran la detección simultánea de fluorescencia en más de 200 antenas. De manera importante, demostramos la obtención de curvas de FCS en 50 antenas simultáneamente, tanto en solución como en células vivas. Esta disertación culmina con una breve discusión de los resultados más importantes de esta investigac

Darrera actualització: 24/10/2020 05:08:01.

Llistat de tesis defensades per any

  • ALCARAZ IRANZO, DAVID: Study of Graphene Hybrid Heterostructures for Linear and Nonlinear Optics
    Autor/a: ALCARAZ IRANZO, DAVID
    Enllaç a la tesi: http://hdl.handle.net/10803/669309
    Programa: FOTÒNICA
    Departament: Institut de Ciències Fotòniques (ICFO)
    Modalitat: Normal
    Data de lectura: 23/06/2020
    Director/a de tesi: KOPPENS, FRANK

    Tribunal:
         PRESIDENT: POLINI, MARCO
         SECRETARI: PRUNERI, VALERIO
         VOCAL: MORTENSEN, NIELS ASGER
    Resum de tesi: El grafeno es el primero de la creciente familia de materiales 2D. Está formado por átomos de carbono dispuestos en una red de panal que le confiere propiedades físicas intrigantes que todavía se están descubriendo hoy en día. Una ventaja fundamental que encontramos en el grafeno es la capacidad de modificar ¿in-situ¿ su respuesta óptica de reflectante (metálico) a absorbente (dieléctrico). Es en el primero cuando el grafeno se muestra más interesante, ya que admite plasmones superficiales en el infrarrojo medio, similarlmente a los metales en las regiones espectrales del infrarrojo cercano y el visible. Se sabe que los plasmones superficiales en metales están más confinados que la luz que se propaga libremente. El grafeno sobresale en este aspecto al ofrecer un factor de confinamiento alrededor de 100 de forma natural, con la contrapartida de que la luz se acople de manera muy ineficiente a los plasmones en grafeno.Varios estudios sobre plasmones metálicos han demostrado que las posibilidades de confinar la luz en pequeñas dimensiones espaciales pueden ser aplicadas, por ejemplo, en la detección de biomoléculas. A menudo, los plasmones metálicos se usan en las regiones visibles e IR con un confinamiento moderado. Sin embargo, el amortiguamiento de Landau limita dicho confinamiento del campo electromagnético debido a la penetración de éste en el material y las consiguientes pérdidas. En esta tesis, se muestra que las heteroestructuras híbridas de grafeno-dieléctrico-metal pueden superar esa limitación excitando eficientemente los plasmones en grafeno extendido con confinamiento vertical máximo, hasta el espesor de un solo átomo de material dieléctrico. Tal efecto se logra encapsulando el grafeno con una sola capa de h-BN y fabricando nano/microtiras metálicas sobre éstos. Otros espesores y materiales también fueron estudiados. La extinción en transmisión de las muestras se midió y comparó con modelos teóricos que incluyen la permitividad no local (dependiente también del momento) de los materiales. El confinamiento final y la validez del método de excitación se confirman, permitiendo así allanar el camino hacia la interacción ultra-fuerte de luz y materia.También se presenta un ejemplo de aplicación de este método al campo de la óptica no lineal con grafeno. La gran respuesta óptica no lineal intrínseca de tercer orden del grafeno ha sido de gran interés y se había estudiado tanto teórica como experimentalmente en la comunidad. A pesar de ello, no hubo experimentos que cubrieran todas las características esperadas de la teoría en el infrarrojo medio por falta de rango en el dopaje del material. Esta tesis amplía dicho rango de medición para cubrir la brecha mencionada en grafeno extendido. Además, la mejora en el confinamiento y el aumento de la densidad de campo electromagnético proporcionados por la heteroestructura híbrida se explotaron para aumentar la generación de señal no lineal del tercer armónico en hasta más de tres órdenes de magnitud. Curiosamente, se encontró que algunas estructuras presentaban una modulación adicional de la señal no lineal que se atribuye a la naturaleza oscilatoria (en el espacio) de los plasmones de grafeno y su resonancia en la estructura. Esto permite la futura exploración de un canal basado en la alta modulación de señal no lineal mediante el voltaje de puerta optimizando los dispositivos para esta finalidad.En resumen, esta tesis presenta un medio para alcanzar el régimen de interacción ultrafuerte entre luz y materia, lo caracteriza completamente hasta el límite inferior de usar un espaciador de un solo átomo de espesor. Asimismo, proporciona un ejemplo mientras demuestra su aplicabilidad en la óptica no lineal con grafeno.

  • ALDA FERRERO, IRENE: Levitodynamics on-a-chip: from planar Paul traps to near-field optical nanocavities
    Autor/a: ALDA FERRERO, IRENE
    Enllaç a la tesi: http://hdl.handle.net/10803/669278
    Programa: FOTÒNICA
    Departament: Institut de Ciències Fotòniques (ICFO)
    Modalitat: Normal
    Data de lectura: 09/07/2020
    Director/a de tesi: QUIDANT, ROMAIN

    Tribunal:
         PRESIDENT: NOVOTNY, LUKAS
         SECRETARI: SEWELL, ROBERT
         VOCAL: SEIDELIN, SIGNE LOUISE
    Resum de tesi: El campo de la optomecánica de levitación---o levitodinámica---estudia la manipulación y el control de objetos pequeños atrapados, proporcionando un entorno aislado, para dar respuesta a preguntas fundamentales en física y para expandir las aplicaciones nanotecnológicas.Se puede levitar partículas mediante diferentes técnicas, como por ejemplo, las trampas de Paul y las pinzas ópticas. Las trampas de Paul se generan mediante campos eléctricos variables en el tiempo y permiten levitar partículas cargadas. Por otro lado, las trampas ópticas se basan en fuerzas ópticas, que confinan nano-objetos con alta polarizabilidad y baja absorción. Ambas opciones ofrecen la posibilidad de convertirse en un sistema integrado: minituarizando el experimento, facilitando su interacción con otros sistemas fotónicos y expandiendo así las herramientas de levitación hacia una tecnología ``on-a-chip''. En particular, una nanocavidad acoplada a una nanopartícula levitada es una plataforma prometedora para alcanzar una alta sensitividad por fotón en comparación con técnicas de detección de campo lejano. El estudio de sistemas optomecánicos levitados permitirá el desarrollo de nuevas aplicaciones, control inferior a la longitud de onda y detección de campo cercano.En esta tesis, describimos dos sistemas levitodinámicos ``on-a-chip''. Primero, hemos diseñado y construido una trampa de Paul plana para hacer levitar nanopartículas. Este sistema integrado permite manipular el espécimen atrapado durante largos periodos de tiempo. Hemos optimizado la geometría de la trampa hasta un confinamiento de 4 micras en cada dirección. Esta herramienta de levitación ``on-a-chip'' permitirá un procedimiento limpio para cargar partículas a una trampa óptica directamente en vacío, evitando técnicas inapropiadas para experimentos sensibles a contaminación. Segundo, hemos diseñado, fabricado y caracterizado una nanocavidad de cristal fotónico 1D en una membrana suspendida de nitruro de silicio para estudiar la levitodinámica de campo cercano. Hemos acercado una partícula levitada ópticamente al campo cercano de la nanocavidad y, a través de ella, hemos medido la dinámica de la nanopartícula. Mediante la señal de transmisión de la nanocavidad, hemos estimado la fuerza optomecánica por fotón g0 para cada eje de movimiento. También hemos caracterizado el comportamiento térmico de la nanocavidad. La potencia que circula por ella aumenta su temperatura, dando lugar a biestabilidad y oscilaciones auto-inducidas en su transmisión, elementos claves para crear circuitos de óptica integrada. Esta tecnología, junto a la minituarización de las trampas de Paul y sistemas de campo cercano darán lugar a sistemas levitodinámicos ``on-a-chip'' capaces de atrapar, manipular y detectar nano-objetos con una precisión sin precedentes.

  • ALOY LÓPEZ, ALBERT: Exploring quantum many-body systems from an entanglement and nonlocality perspective
    Autor/a: ALOY LÓPEZ, ALBERT
    Enllaç a la tesi: http://hdl.handle.net/10803/669581
    Programa: FOTÒNICA
    Departament: Institut de Ciències Fotòniques (ICFO)
    Modalitat: Normal
    Data de lectura: 16/07/2020
    Director/a de tesi: LEWENSTEIN, MACIEJ

    Tribunal:
         PRESIDENT: CIRAC, IGNACIO
         SECRETARI: CHANG, DARRICK
         VOCAL: SANGOUARD, NICOLAS
    Resum de tesi: L'entrellaçament i les correlacions no-locals donen lloc a fenòmens sense precedents ni analogia clàssica. Aquests fenòmens els han portat a establir-se com a propietats primordials per a l'estudi de sistemes quàntics amb molts cossos, així com a recursos primordials per a les tecnologies quàntiques emergents. Tanmateix, la manca de criteris generals i eficients per caracteritzar-los en sistemes de molts cossos suposa molts reptes, sovint intractables. Per consegüent, tot i l'interès creixent en les seves propietats, el rol de l'entrellaçament i les correlacions no-locals en sistemes de molts cossos continuen, en gran part, inexplorats.L'objectiu d'aquesta Tesi és explorar sistemes quàntics de molts cossos des de la perspectiva de l'entrellaçament i les correlacions no-locals, amb la voluntat d'ampliar la reciprocitat entre els camps del processament d'informació quàntica i la física quàntica de molts cossos. Examinem propietats adequades, com ara simetries, que ens permeten investigar l'entrellaçament i les correlacions no-locals en sistemes de molts cossos i d'interès físic. Els resultats originals que presentem s'obtenen en l'àmbit fonamental, al mateix temps que es proposen un seguit de mètodes pràctics que permeten ser experimentalment implementats.En primer lloc, explorem la complexitat en caracteritzar l'entrellaça-ment inclús en casos simplificats. En particular, considerem el problema de la separabilitat en estats simètrics diagonals. Establim una connexió amb el camp d'optimització cònica quadràtica que ens permet proporcionar diversos criteris suficients de separabilitat. A més, ens permet demostrar que criteris necessaris i suficients segueixen sent un problema NP-hard, fins i tot per a un cas amb una estructura tan simplificada.En segon lloc, l'evasivitat de la caracterització de l'entrellaçament motiva criteris de certificació per a la seva detecció, especialment en l'escenari multipartit. Mitjançant correlacions no-locals, proporcionem criteris independents del dispositiu que caracteritzen la quantitat d'ent-rellaçament present en un sistema quàntic de molts cossos. Aquest tipus de certificació no es basa en suposicions sobre el funcionament intern del dispositiu de mesura ni del mateix sistema. A més, al basar-se únicament en correlacions no-locals el criteri descarta totes les correlacions que tenen un anàleg clàssic, sent així un candidat natural com a certificador de tecnologies quàntiques.En tercer lloc, explorem correlacions no-locals en l'entorn de punts crítics quàntics, coneguts per estabilitzar l'entrellaçament a gran escala. A través de desigualtats de Bell, mostrem la presència de correlacions no-locals al llarg del diagrama de fase d'un model d'espins. A més, mostrem que la desigualtat de Bell es viola màximament en el punt crític, donant indicis d'una possible connexió entre la violació de certes desigualtats de Bell i transicions de fase quàntiques.En quart lloc, presentem una solució pel problema del marginal quàntic restringit a estats simètrics. La solució ens permet eludir parcialment la ineficient representabilitat inherent a l'espai de Hilbert multipartit en casos d'interès. A més, il·lustrem algunes de les aplicacions que la solució ofereix en problemes centrals d'informació quàntica. Concretament, (i) com a mètode variacional poc exigent i eficaç que ofereix optimitzar Hamiltonians locals respecte estats simètrics, (ii) per optimitzar desigualtats de Bell de pocs cossos i simètriques respecte d'estats simètrics i (iii) per explorar quins estats simètrics no es poden auto-validar només a partir dels seus marginals.Finalment, concloem presentant una metodologia que permet obtenir desigualtats de Bell simètriques de pocs cossos amb tres possibles resultats de mesura. Aquestes noves desigualtats de Bell permeten explorar el rol de les correlacions no-locals en fenòmens quàntics específics per a sistemes de

  • CHARALAMBOUS, CHRISTOS: Quantum Brownian Motion in Bose-Einstein Condensates
    Autor/a: CHARALAMBOUS, CHRISTOS
    Enllaç a la tesi: http://hdl.handle.net/10803/668822
    Programa: FOTÒNICA
    Departament: Institut de Ciències Fotòniques (ICFO)
    Modalitat: Normal
    Data de lectura: 31/01/2020
    Director/a de tesi: LEWENSTEIN, MACIEJ | GARCÍA MARCH, MIGUEL ANGEL

    Tribunal:
         PRESIDENT: SANPERA TRIGUEROS, ANNA
         SECRETARI: CAVALCANTI, DANIEL
         VOCAL: WIDERA, ARTUR
    Resum de tesi: El movimiento Browniano, es un ejemplo de un sistema abierto, es decir un sistema que no se puede tratar en aislamiento. El método más simple para estudiar la dinámica de dicho sistema, que cumple el principio de la incertidumbre de Heisenberg es el de Quantum Generalized Langevin Equations (QGLE), que es el método que se usa en esta tesis. La perspectiva de Quantum Brownian motion se ha usado para estudiar muchos sistemas, entre ellos el problema de Bose polaron. En este caso, uno pasa el problema original a uno donde las impurezas se tratan como partículas Brownianas quanticas interactuando con un baño compuesto de modos de Bogoliubov del condensado. Después de derivar la QGLE relevante, se puede demostrar que la dinámica del Bose polaron muestra efectos de memoria. Esto se ha estudiado tanto en un Bose Einstein Condensate (BEC) libre como en uno atrapado en un trapo harmónico, para parámetros relevantes en experimentos. Aprovechando de este reciente desarrollo, estudiamos muchos fenómenos que se pueden investigar bajo este prisma y mostramos cómo se pueden construir y controlar varios microdispositivos. En el primer proyecto, estudiamos la creación de enlazamiento y squeezing de dos impurezas no acopladas, inmersas en un único BEC baño común. Estudiamos dos senarios: (i) en la ausencia de un potencial externo, donde observamos la muerte repentina del enlazamiento (ii) en la presencia de un trapo externo harmónico, donde el enlazamiento sobrevive incluso en el límite asintótico de largos tiempos. En nuestro segundo trabajo, estudiamos el comportamiento difusivo de un Bose polaron inmerso en un BEC de dos componentes que están acopladas coherentemente. La partícula es superdffusa si se acopla en la misma manera a los dos componentes, i.e. atractivamente o repulsivamente, como en el caso de un unico BEC. En el caso contrario, encontramos que la partícula muestra un comportamiento transitorio non-trivial. Mostramos como la magnitud del exponente anómalo y la duración del periodo transitorio se pueden controlar a través de la frecuencia Rabi del acoplamiento coherente entre los dos componentes y la fuerza del acoplamiento de la impureza a los dos componentes del BEC. En seguida, procedemos con la construcción de dos microdispositivos, un termómetro quántico y un diodo térmico. En el primer proyecto, hemos introducido un nuevo método de mínimo disturbio, que sirve para termometría en temperaturas sub-nK en un BEC. Nuestra técnica está basada otra vez en el modelo de Bose polaron, donde esta vez la impureza inmersa en un BEC sirve como un termómetro. La propuesta es detectar fluctuaciones de la temperatura de las medidas de la posición y el impulso de la impureza. Crucialmente, estas causan una reacción mínima en el BEC y, por lo tanto, realizan una medida de la temperatura no demoledora. En nuestro trabajo, evitamos cualquiera simplificación, como la imposición de la termalización de la impureza, o del acoplamiento débil de la impureza con el BEC. En el último trabajo, investigamos el transporte de calor y el control de corrientes de calor entre dos BECs espacialmente separados y atrapados harmónicamente, en temperaturas distintas. El flujo de calor entre los dos BECs, esta facilitado a través de dos impurezas harmónicamente atrapadas, cada una interactuando con su propio BEC. Las impurezas estan acopladas a traves de interacciones de dipolo-dipolo. Examinamos la dependencia del corriente de calor y sus correlaciones en los parámetros físicos del sistema. Mostramos que la rectificación del corriente del calor, i.e. el flujo de calor unidireccional puede ocurrir en el sistema, cuando aplicamos una conducción periódica en las frecuencias de los trapos de las impurezas. Por lo tanto, nuestro sistema es una posible configuración para la implementación de un circuito fononico.

  • DE BONIS, SERGIO LUCIO: Polaron physics in carbon nanotube electro-mechanical resonators
    Autor/a: DE BONIS, SERGIO LUCIO
    Enllaç a la tesi: http://hdl.handle.net/10803/668846
    Programa: FOTÒNICA
    Departament: Institut de Ciències Fotòniques (ICFO)
    Modalitat: Normal
    Data de lectura: 06/02/2020
    Director/a de tesi: BACHTOLD, ADRIAN

    Tribunal:
         PRESIDENT: LAIRD, EDWARD
         SECRETARI: QUIDANT, ROMAIN
         VOCAL: COLLIN, EDDY
    Resum de tesi: Los resonadores mecánicos de nanotubos de carbono (CNT) son sistemas únicos porque combinan propiedades mecánicas notables con ricas características de transporte de carga. Gracias a su naturaleza intrínsecamente de baja dimensión, su masa es extremadamente baja. La frecuencia de resonancia mecánica alcanza el régimen de GHz, puede ser ampliamente ajustable y muestra un factor de calidad de hasta varios millones. Los nanotubos son muy prometedores para las aplicacionesde detección. Los nanotubos son un excelente sistema para estudiar el transporte cuántico de electrones, que van desde la interferencia Fabry-Pérot hasta el bloqueo de Coulomb. Estos regímenes completamente opuestos se pueden acoplar de manera muy eficiente a la mecánica, ya que los dos grados de libertad, electrones y fonones,están integrados en el mismo sistema. En la primera sección de esta tesis desarrollamos un esquema de detección que utiliza un resonador RLC junto con un amplificador HEMT de baja temperatura. Esto nos permite reducir el ruido de fondo actual del setup y realizar mediciones de ruido eléctrico sensibles, demostrando una sensibilidad de desplazamiento de 0.5 pm/Hz^(1/2) y una sensibilidad de fuerza de 4.3zN/Hz^(1/2) . Esto supera lo que se ha logrado con resonadores mecánicos hasta la fecha y allana el camino para la detección de espines nucleares individuales. También mejoramos la fabricación del dispositivo mejorando el acoplamiento capacitivo entre vibraciones mecánicas y electrones que fluyen a través del nanotubo. En la segunda parte de este trabajo, estudiamos el acoplamiento de electrones y fonones en resonadores CNT en el régimen de bloqueo de Coulomb e informamos sobre el tan buscado después de la demostración del régimen de acoplamiento ultra fuerte. Las vibraciones mecánicas y los electrones están tan fuertemente acoplados que ya no tiene sentido pensar en ellos como entidades distintas, sino más bien como una casi partícula: un polaron. Primero, demostramos que la naturaleza polarónicade los portadores de carga modifica el transporte cuántico de electrones a través del dispositivo. En dispositivos electromecánicos anteriores, el acoplamiento era demasiado débil para tener algún efecto sobre la conducción eléctrica continua. En segundo lugar, mostramos una alta capacidad de sintonización de los estados de Polaron por medios electrostáticos. Esto es algo que no es posible hacer con los polarones en otros sistemas, como los cristales a granel. Notablemente, esta interacción crea un potencial altamente no lineal para el modo de fonón que establece el resonador de tubos de resonancia como una posible plataforma para la demostración de qubits mecánicos.

  • DE VEGA ESTEBAN, SANDRA MARIA: Plasmon-electron interactions in low dimensional materials
    Autor/a: DE VEGA ESTEBAN, SANDRA MARIA
    Enllaç a la tesi: http://hdl.handle.net/10803/668847
    Programa: FOTÒNICA
    Departament: Institut de Ciències Fotòniques (ICFO)
    Modalitat: Normal
    Data de lectura: 17/02/2020
    Director/a de tesi: GARCÍA DE ABAJO, JAVIER

    Tribunal:
         PRESIDENT: ORTEGA CONEJERO, JOSÉ ENRIQUE
         SECRETARI: BIEGERT, JENS
         VOCAL: MARINI, ANDREA
    Resum de tesi: Desde el advenimiento de la tecnología moderna, muchos desarrollos científicos han venido de la mano con la miniaturización y la velocidad. Una prueba de esto es el éxito de la Ley de Moore que predijo que el número de transistores por procesador se doblaría cada dos años y que no habría sido posible si los transistores hubiesen mantenido su tamaño original. A finales de 2018 investigadores del MIT y de la Universidad de Colorado batieron un nuevo récord del transistor más pequeño hasta la fecha de solo 2.5 nm de tamaño. En lo que a 2019 se refiere, ya hay transistores de 5 nm disponibles en el mercado. Considerando estas dimensiones, es de vital importancia tanto entender como poder manipular los materiales en la nanoescala, donde se compartan de una manera totalmente diferente a cómo lo hacen macroscópicamente. Así pues, los investigadores han puesto especial empeño en explicar diversos fenómenos en la nanoescala, en diseñar nuevos nanodispositivos y en proponer o predecir nuevos mecanismos para lograr las nuevas generaciones de chips y circuitos integrados. De hecho, el ascenso de los materiales de baja dimensionalidad (grafeno, TMDs, hBN, P negro y otros), i.e., con planos atómicos están enlazados por fuerzas de van der Waals (2D) o cuyos átomos se ordenan en cadenas o tubos (1D), ha venido por la constante búsqueda de nuevos diseños más compactos y eficientes. En esta tesis, estudiamos las propiedades ópticas de algunos de estos materiales y cómo se modifican debido a la interacción con electrones que, dependiendo del caso concreto, son dopantes o inciden en haces de electrones altamente focalizados. Más en particular, empezamos con un análisis de plasmones, la oscilación colectiva de electrones acoplada a la luz, en nanotubos de carbono (CNTs) finitos altamente dopados. A continuación, exploramos cómo seleccionar el modo del plasmón adecuado usando haces de electrones además de cómo mejorar la interacción entre dos emisores cuánticos cuando el modo plasmónico principal hace de mediador. Predecimos un valor de 10^8 para el factor de Purcell que respalda el uso de CNTs como elementos plasmónicos activos de gran potencial en optoelectrónica y óptica cuántica.Continuamos con sistemas unidimesionales pero esta vez eligiendo cadenas atómicas para emular estructuras sólidas simples donde examinar la dinámica de los electrones cuando están guiados por campos fuertes. Más concretamente, abordamos las cuestiones aún pendientes sobre el papel que juegan las interacciones electrón-electrón y la elección apropiada de material para la generación más eficiente de armónicos altos, y comprobamos nuestras conclusiones en sistemas 1D más realistas: los nanotubos de carbono. Así pues, encontramos que la adición de una pequeña cantidad de carga puede producir excitación de plasmones intrabanda que concentran el campo incidente y fomentan la eficiencia de la generación de armónicos altos.Después, investigamos cómo emplear heteroestructuras 2D para desarrollar nuevas formas más compactas de generar plasmones sin tener que utilizar fuentes externas, por ello utilizamos electrones de efecto túnel. El dispositivo que planteamos es un sándwich de grafeno-hBN-grafeno que se activaría por medio de un electrón que salta de una lámina de grafeno a la otra por efecto túnel, en el proceso pierde energía y ésta se invierte en excitar plasmones. Predecimos una eficiencia de generación que puede alcanzar un plasmón por electrón que salta por efecto túnel y que se mantiene a pesar de las posibles distorsiones por rotación de las láminas o de los cambios en el dopado. Además, completamos este estudio analizando el caso para estructuras de grafeno-aislante-metal y comprobamos que son menos eficientes que sus homólogas de grafeno-hBN-grafeno.En resumen, estos resultados abren la puerta hacia la generación de armónicos más eficiente en nanosólidos y hacia la manipulación

  • DI PALO, NICOLA: Ultrafast carrier and structural dynamics in graphite detected via attosecond soft X-ray absorption spectroscopy
    Autor/a: DI PALO, NICOLA
    Enllaç a la tesi: http://hdl.handle.net/10803/669097
    Programa: FOTÒNICA
    Departament: Institut de Ciències Fotòniques (ICFO)
    Modalitat: Normal
    Data de lectura: 26/03/2020
    Director/a de tesi: BIEGERT, JENS

    Tribunal:
         PRESIDENT: ERNSTORFER, RALPH
         SECRETARI: GARCÍA DE ABAJO, JAVIER
         VOCAL: GARCIA, MARTIN
    Resum de tesi: Comprender la mayoría de los fenómenos físicos y químicos que determinan el mundo que nos rodea requiere interrogar a sus personajes principales - los átomos, moléculas o sólidos - en el espacio y en el tiempo. Por lo tanto, se necesitan herramientas para investigar el movimiento de los electrones y núcleos atómicos que los componen en tiempo real. Para ello, necesitamos trabajar directamente en su escala natural, es decir, con una resolución temporal de attosegundos en el caso de los electrones y de femtosegundos a picosegundos en el caso de los núcleos.La Attociencia ofrece oportunidades únicas para investigar dinámicas electrónicas y estructurales en el corazón de procesos importantes en física atómica, molecular y del estado sólido. La generación de pulsos de luz de attosegundos se ha logrado en fuentes láseres de laboratorio explotando la generación de armónicos de alto orden (HHG). Los fotones que constituyen las emisiones de as tienen energías que van desde el ultravioleta extremo (XUV) hasta la región de rayos X blandos (SXR) del espectro, lo que permite examinar los niveles electrónicos internos. Los pulsos de attosegundos ya han demostrado ser capaces de observar fenómenos ultrarrápidos y previamente inaccesibles en átomos, moléculas o sólidos.En esta tesis se presenta la aplicación de la espectroscopía de absorción de rayos X (XAFS) resuelta en el tiempo usando pulsos SXR de as para el estudio de dinámicas electrónicas y estructurales en grafito. El capítulo 1 incluye una introducción al campo de la Attociencia y la presentación del estado del arte de las dinámicas ultrarrápidas en grafito. Asimismo, se describe la técnica establecida para generar pulsos de attosegundos y se presenta una revisión de las aplicaciones más significativas de estos pulsos al estudio de las dinámicas electrónicas. A continuación, se explican las propiedades electrónicas y estructurales del grafito , destacando algunos de los experimentos más representativos en detección de dinámicas electrónicas y vibracionales.En el capítulo 2 se describe la metodología experimental desarrollada en el grupo del Prof. Jens Biegert en ICFO y utilizada en esta tesis doctoral. En concreto, se presenta el sistema láser empleado para el proceso HHG para producir la radiación SXR de attosegundos así como el sistema utilizado para la generación, propagación y detección de la radiación. De igual modo, se discuten las propiedades de la fuente SXR en términos de afinación espectral, flujo de fotones y estabilidad. También se presenta la implementación de un sistema ¿pump-probe¿ con un pulso de bomba infrarrojo y una sonda SXR, lo que permite la recombinación de haces de manera colineal y no colineal. En último lugar, se presentan los resultados de un experimento de caracterización temporal de la emisión de HHG.A continuación, en el capítulo 3 se presenta una discusión sobre las capacidades espectroscópicas de la técnica XAFS para interrogar la estructura electrónica y vibracional del material en estudio. El potencial de esta técnica se ha demostrado con una investigación experimental sobre grafito, con los resultados que muestran la posibilidad de estudiar las primeras bandas electrónicas desocupadas y las distancias características que definen la estructura del cristal.Finalmente, las capacidades de XAFS han sido utilizadas en un estudio experimental sobre grafito para observar dinámicas electrónicas y vibracionales, desde la escala sub-fs hasta el ps, y se presenta en el capítulo 4. La interpretación de los datos experimentales revela ideas sobre la interacción ultrarrápida del campo eléctrico del láser con electrones, los efectos de dispersión electrón-electrón y electrón-fonón después de la foto-excitación, con el último inducido por el fuerte acoplamiento electrón-fonón en el caso del grafito.

  • GELLINGS, ESTHER: Spectral response of individual molecules and nanoantennas with two-beam excitation
    Autor/a: GELLINGS, ESTHER
    Enllaç a la tesi: http://hdl.handle.net/10803/668853
    Programa: FOTÒNICA
    Departament: Institut de Ciències Fotòniques (ICFO)
    Modalitat: Normal
    Data de lectura: 21/02/2020
    Director/a de tesi: VAN HULST, NIEK

    Tribunal:
         PRESIDENT: ZHANG, DAI
         SECRETARI: GARCÍA PARAJO, MARÍA
         VOCAL: CICHOS, FRANK JOACHIM
    Resum de tesi: A 300K, las moléculas únicas se pueden encontrar en distintas conformaciones debido a varios factores vistos en la variabilidad espectral. Cuando se detectan moléculas únicas, la variabilidad espectral no se ve oculta debido al espectro ensanchado del conjunto molecular. Sin embargo, solo uno de cada 10^7 fotones interactúa con la molécula, y la detección se basa en la fluorescencia que es libre del ruido de fondo. Los espectros de emisión de fluorescencia solo contienen información sobre el estado fundamental. En esta tesis se introducen dos nuevas técnicas de detección para superar esta limitación: espectroscopía de excitación de fluorescencia y detección de emisión estimulada. El segundo método está adaptado para investigar nanoantenas plasmónicas únicas. Primero, se introduce la espectroscopía de excitación por transformada de Fourier como un método sensible y robusto para investigar el estado excitado de moléculas únicas. Los espectros de excitación y emisión de fluorescencia se complementan entre sí. El primero prueba el estado excitado y el segundo el estado fundamental. Ambos espectros se miden a temperaturas bajas, pero la espectroscopía de excitación solo ha alcanzado la sensibilidad para medir moléculas únicas a temperatura ambiente hace poco. Aquí, la espectroscopía de transformada de Fourier está adaptada para medir los espectros de excitación de moléculas únicas. Con esta técnica se demuestra una variabilidad espectral de más de 100nm en moléculas sinteticas. Luego se aplica a complejos fotosintéticos de captación de luz LH2 que exhiben eficiencias de transferencia de energía cercanas a la unidad a pesar de grandes diferencias en su entorno. Los espectros de excitación se midieron conjuntamente con los espectros de emisión y se descubrió que las variaciones en las bandas de absorción B800 y B850 no están correlacionadas, pero que el cambio de Stokes entre el B850 y la banda de emisión se hace más grande para más complejos desplazados al rojo. Además, el cambio de Stokes en complejos individuales era aproximadamente 20% más grande que el resultado del conjunto. Segundo, se desarrolla una configuración de bombeo-prueba para medir con mayor sensibilidad la emisión estimulada de moléculas individuales que no utiliza fluorescencia y puede probar directamente la dinámica del estado excitado. Se explica como lograr una sensibilidad que solo es limitada por el ruido de disparo. Mediciones del decaimiento de emisión estimulada verifican la alineación del dispositivo experimental y para encontrar los mejores parámetros experimentales. Las mediciones de emisiones estimuladas lograron sensibilidades de hasta 10^-8, que en principio es suficiente para la detección de una sola molécula. Tercero, el experimento para medir emisión estimulada está adaptado para estudiar la dispersión y absorción de nanoantenas plasmónicas únicas en haces gaussianos enfocados. En la microscopía fototérmica se ha ignorado mucho el rol de la dispersión y de la posición focal a la señal. Aquí, se desarrolla un modelo integral que incluye todos los parámetros relevantes y se prueba en antenas con diferentes longitudes, posiciones en el foco y medios circundantes. Se demostra que la interacción de una antena con un solo haz de prueba da como resultado una señal de interferencia dispersiva que depende principalmente de las dimensiones de la antena y, que cambia de signo cuando pasa a través de la resonancia de la antena. Agregar un haz de bombeo modulado que calienta el entorno de la antena provoca una combinación de dispersión del haz de prueba con el gradiente del índice de refracción alrededor de la nanoantena, y el desplazamiento de resonancia de la antena, que afecta la interferencia entre la luz incidente y la dispersa. Ambos efectos son relevantes para antenas con una sección eficaz de dispersión significativa y que las mediciones fototérmicas dependen de las pr

  • GÓMEZ GARCÍA, PABLO: Development and application of localization-based microscopy methods to study the structure and dynamics of chromatin through the process of cellular differentiation
    Autor/a: GÓMEZ GARCÍA, PABLO
    Enllaç a la tesi: http://hdl.handle.net/10803/669121
    Programa: FOTÒNICA
    Departament: Institut de Ciències Fotòniques (ICFO)
    Modalitat: Normal
    Data de lectura: 24/04/2020
    Director/a de tesi: COSMA, PIA | WIESER, STEFAN

    Tribunal:
         PRESIDENT: NOLLMANN, MARCELO
         SECRETARI: GARCÍA PARAJO, MARÍA
         VOCAL: SOLON, JEROME
    Resum de tesi: Los avances recientes en el campo de la microscopía basada en la localización de moléculas únicas ("localization-based microscopy") han permitido visualizar estructuras biológicas y procesos dinámicos dentro de la célula con una resolución espacial sin precedentes. Determinar la organización de estructuras complejas, como la cromatina, bajo condiciones fisiológicas y patológicas es uno de los objetivos más importantes del campo de la biología molecular. En la actualidad, una de las principales limitaciones de esta familia de técnicas experimentales es la dificultad de extenderlas a múltiples colores, de manera que se puedan visualizar simultáneamente múltiples moléculas de interés. En la primera parte de mi doctorado, hemos desarrolado un método que permite la adquisión simultánea de imágenes de microscopía multi-color de súper resolución, basado únicamente en la excitación de fluoróforos, en lugar de en sus propiedades de emisión de fluorescencia. A través de la modulación de la intensidad de los láseres de excitación a diferentes frecuencias, los distintos canales pueden ser identificados en base a la respuesta del fluoróforo. Este método permite reducir el tiempo de adquisición de las imágenes con la técnica "DNA points accumulation in nanoscale topography" (DNA-PAINT), al tiempo que mantiene todas sus ventajas: mínima interferencia entre los distintos canales, mínimo fotoblanqueamiento de los fluoróforos, máximo intensidad de la señal de fluorescencia, capacidad de mantener la densidad de fluoróforos por canal de la imagen y capacidad de utilizar el campo de visión completo de la cámara. Una cuestión biológica pendiente que se beneficiará del desarrollo y aplicación de estas técnicas avanzadas de microscopia es la relación entre la estructura de la cromatina y la actividad genética de una célula. La cromatina es un complejo compuesto por ADN, proteínas e histonas, que ayuda a compactar y organizar el genoma dentro del reducido espacio del núcleo celular. Aplicando microscopía de súper resolución, trabajos previos han demostrado que, dentro de las fibras plegadas de cromatina, los nucleosomas están organizados en grupos heterogéneos llamados "nucleosome clutches". Esto difiere del modelo que aparece en los libros de texto, el cual sugería un plegamiento de los nucleosomas mucho más ordenado y jerárquico. Además, estas observaciones mostraron que los grupos de nucleosomas son más pequeños y menos densos en las células madre embrionarias (ESC) en comparación con las células progenitoras neuronales (NPC), en correlación con el estado de compactación de la cromatina. En este proyecto hemos utilizado modelos computacionales y el método de microscopía avanzada llamado "Single Molecule Tracking" (SMT) para comparar la estructura de fibras sintéticas de cromatina y la dinámica de los nucleosomas, con las imágenes de súper resolución de la fibra de cromatina en el proceso de diferenciacón celular (desde ESCs hasta NPCs). En primer lugar, utilizando un modelo de grano grueso ("coarse-grained model"), hemos generado estructuras de las fibras de cromatina correspondientes a una región de 30kpb alrededor del gen de pluripotencia Oct4. Para ello hemos obtenido las posiciones de los nucleosomas a partir de los datos de MNase-Seq, y la proporción de la histona H1 por nucleosoma y la cantidad de acetilación de la cola de la histonas, a partir de datos experimentales. Las configuraciones de las fibras plegadas resultantes mostraron una mayor compactación total y de los grupos de nucleosomas en las células NPC, en comparación con las ESC, recapitulando los datos de obtenidos de las imágenes de súper resolución. Además, los datos de SMT, tanto en tiempos de exposición de cámara cortos (15ms) como largos (500ms), muestran que la reposición de los nucleosomas en la cromatina y la dinámica local dentro de la fibra se correlacionan con las característic

  • PADHYE, ANUJA ARUN: Novel continuous-wave infrared parametric sources and noise analysis of infrared upconversion detectors
    Autor/a: PADHYE, ANUJA ARUN
    Enllaç a la tesi: http://hdl.handle.net/10803/669321
    Programa: FOTÒNICA
    Departament: Institut de Ciències Fotòniques (ICFO)
    Modalitat: Normal
    Data de lectura: 04/06/2020
    Director/a de tesi: EBRAHIM-ZADEH, MAJID

    Tribunal:
         PRESIDENT: LEO, GIUSEPPE
         SECRETARI: LOZA ALVAREZ, PABLO
         VOCAL: ROSO FRANCO, LUIS
    Resum de tesi: La capacidad de manipular la frecuencia de la luz, a través de sintonizables fuentes de conversión de frecuencia paramétrica basadas en materiales no lineales del tipo ¿(2), ofrece un acceso eficaz a las regiones espectrales inaccesible por los láseres convencionales. Entre los dispositivos sintonizables más importantes, los osciladores ópticos paramétricos (OPOs) de onda continua (cw) en el infrarrojo (IR) con ancho de banda estrecho, son fuentes esenciales para muchas aplicaciones en espectroscopia molecular y metrología de precisión. Con el fin de explotar tales aplicaciones, es muy deseable el desarrollo de OPOs de cw mediante diferentes esquemas de sintonización de longitud de onda y nuevos materiales no lineales, como se presentan en esta tesis. Mostramos aquí un OPO de cw rápidamente sintonizable basado en un cristal periodically-poled KTiOPO4 con diseño de red fan-out a temperatura ambiente. Este enfoque permite una sintonización continua de la longitud de onda evitando el aumento de las fluctuaciones térmicas a temperaturas de funcionamiento más altas de los cristales. El OPO resonante con acoplador de salida bombeado a longitud de onda de 532 nm, proporciona radiación sintonizable en el infrarrojo cercano (near-IR) a través de 741-922 nm y 1258-1884nm, con una potencia de salida máxima de 1.65 W. El uso del acoplador de salida para la onda resonante reduce la carga térmica y permite una mejora del 30% en la eficiencia de extracción del OPO sobre la configuración SRO pura. Con el objetivo de desarrollar la nueva generación de fuentes de onda continua con longitud de onda >4 µm utilizando la técnica de quasi-phase-matching con materiales semiconductores, presentamos la primera demostración de una fuente de onda continua sintonizable en el infrarrojo medio (mid-IR) utilizando el patrón de orientación de fosfuro de galio (OP-GaP) y generación de frecuencia diferencia (DFG) entre láser de fibra Tm a longitud de onda de 2010 nm y otro OPO hecho en el laboratorio basado en un cristal MgO-doped periodically-poled LiNbO3 (MgO:PPLN). La fuente DFG genera hasta 43 mW de potencia de salida, con >30 mW a través de un 96% del rango de sintonización 4608-4694 nm, con una alta calidad de haz. A medida que las fuentes de emisión en el mid-IR sintonizables mejoren sus prestaciones, la disponibilidad de detectores de mid-IR rápidos y sensibles se vuelve igualmente importante. Sin embargo, los detectores de mid-IR convencionales requieren sistemas criogénicos para operar con poco ruido, lo que presenta un gran inconveniente ya que estos dispositivos suelen ser voluminosos y caros. En este contexto, la técnica no lineal de conversión ascendente de frecuencia ha surgido como una alternativa prometedora a la detección directa de la radiación de mid-IR a temperatura ambiente. Un detector de conversión ascendente (UCD) se puede optimizar aún más dentificando y suprimiendo sus fuentes de ruido. Para hacerlo, investigamos teórica y experimentalmente las propiedades de ruido de un UCD de un solo paso bombeado a 1064 nm diseñado para la detección de señales en telecomunicaciones y rango mid-IR, utilizando cristales MgO:PPLN. Descubrimos una nueva fuente de ruido llamada ruido espontáneo paramétrico de conversión descendente inducido por generación de segundo harmónico SHG (SHG-SPDC). Estudiamos, también, la dependencia de la intensidad de este ruido (SHG-SPDC) con la potencia de bombeo y la temperatura del cristal. Finalmente, también comparamos su intensidad con el conocido ruido generado por el detector UCD, llamado ruido de conversión ascendente por conversión paramétrica descendente espontánea (USPDC). Los resultados obtenidos nos dicen que se debe considerar cuidadosamente el SHG-SPDC, ya que puede actuar como una fuente de ruido dominante en ciertas condiciones de operación. Sin embargo, el SHG-SPDC se puede evitar al elegir una combinación adecuada de MgO:PPLN, el período de red

  • PÉREZ ROSAS, JUAN MIGUEL: IMAGING CYTOMETRY TECHNOLOGY FOR ENVIRONMENTAL AND BIOMEDICAL APPLICATIONS
    Autor/a: PÉREZ ROSAS, JUAN MIGUEL
    Enllaç a la tesi: http://hdl.handle.net/10803/669608
    Programa: FOTÒNICA
    Departament: Institut de Ciències Fotòniques (ICFO)
    Modalitat: Normal
    Data de lectura: 28/07/2020
    Director/a de tesi: PRUNERI, VALERIO

    Tribunal:
         PRESIDENT: LLOBERA ADÁN, ANDREU
         SECRETARI: LOZA ALVAREZ, PABLO
         VOCAL NO PRESENCIAL: CORZO GARCIA, BEATRIZ
    Resum de tesi: La detección temprana de microorganismos en aplicaciones ambientales y biomédicas es crítica para la respuesta efectiva a posibles amenazas patogénicas. La mayoría de los métodos e instrumentos tradicionales para este tipo de análisis están casi obsoletas, debido a los esfuerzos que requieren y sus largos tiempos de respuesta. Las soluciones modernas se limitan a instalaciones centralizadas de alta gama y personal especializado, esto debido a su alto coste y complejidad. Existe una clara necesidad de desarrollar e introducir dispositivos de bajo costo, fáciles de usar y de alto rendimiento capaces de identificar y cuantificar rápidamente microorganismos patogénicos en muestras ambientales y biomédicas.El trabajo detrás de esta tesis se dedicó al diseño, desarrollo y validación en entornos industriales relevantes de dos dispositivos de citometría de imagen.La primera tecnología, definida como citometría de imagen de Fourier, es un dispositivo óptico capaz de aumentar el volumen de muestra capturado en comparación con las tecnologías tradicionales y el estado del arte. Al evaluar la muestra en el dominio de Fourier, el sistema es capaz de medir las características de las partículas dentro de un volumen de muestra mayor que los sistemas de imágenes comparativos. El sistema resultante mejora tanto el campo de visión (FOV, por sus siglas en inglés) como la profundidad de campo (DOF, por sus siglas en inglés) de la muestra. Además, la implementación del citómetro de imagen de Fourier en esta tesis es un dispositivo compacto y portátil compuesto por componentes ópticos y electrónicos de bajo coste. El diseño de todo el sistema se realizó con el objetivo de minimizar el coste del sistema y maximizar sus prestaciones. Esto fue posible principalmente debido a los recientes avances en las tecnologías de sensores de imagen que nos permitieron simplificar la óptica del dispositivo. En esta implementación de la citometría de imagen de Fourier, fuentes de luz LED y las lentes ópticas acromáticas convencionales comprenden la óptica del sistema en lugar de láseres de alta gama u objetivos de microscopios ópticos. Para el esquema de detección se utilizó un sensor de imagen CMOS.La citometría de imagen de Fourier presentada en esta tesis también fue validada en dos entornos industriales relevantes. El sistema se probó utilizando muestras ambientales reales. En la primera validación industrial, el sistema se utilizó para la identificación y cuantificación del microorganismo en el agua proveniente de torres de refrigeración. En la segunda validación industrial se analizaron aguas dulces y marinas, y su población de microorganismos, específicamente la cuantificación de phytoplankton en el contexto de sistemas de tratamiento de aguas de lastre.La segunda citometría de imagen diseñada, desarrollada e implementada dentro del alcance de esta tesis se centró en la detección de microorganismos sobre superficies. Siguiendo la motivación de los dispositivos compactos de bajo costo, se diseñó un citómetro de superficie. El citómetro de superficie es un dispositivo óptico capaz de cuantificar la población bacteriana en una superficie de más de 300 mm2. El dispositivo es completamente autónomo gracias a la integración de una computadora de placa única dentro de su diseño. La fuente de luz y el esquema de detección continuaron siendo LED y sensor CMOS. De manera similar al proceso de validación del citómetro de Fourier, el citómetro de superficie se probó en muestras controladas en un entorno de laboratorio, antes de someterse a prueba en una aplicación biomédica para el monitoreo del crecimiento bacteriano y se comparó con los sistemas estándar de medición de densidad óptica, utilizados hoy en día. en la industria.En resumen, en esta tesis presentamos dos nuevas tecnologías de citometría, junto con dos dispositivos de alto rendimiento y tres aplicaciones industriales

  • PIGA, ANGELO: Entanglement and Bell Correlations in Strongly Correlated Many-Body Quantum Systems
    Autor/a: PIGA, ANGELO
    Enllaç a la tesi: http://hdl.handle.net/10803/669100
    Programa: FOTÒNICA
    Departament: Institut de Ciències Fotòniques (ICFO)
    Modalitat: Normal
    Data de lectura: 30/03/2020
    Director/a de tesi: LEWENSTEIN, MACIEJ | RAN, SHI JU

    Tribunal:
         PRESIDENT: JULIA DIAZ, BRUNO
         SECRETARI: ACÍN DAL MASCHIO, ANTONIO
         VOCAL: CELI, ALESSIO
    Resum de tesi: Durante las dos últimas décadas, gracias al enriquecimiento mutuo entre las investigaciones en información cuántica y materia condensada, se han desarrollado nuevos enfoques que han resultado muy útiles en la caracterización de los sistemas cuánticos de muchos cuerpos (SCMC), basados en características puramente cuánticas sin ningún análogo clásico . El estudio de las correlaciones puramente cuánticas juega obviamente un papel fundamental. Estas correlaciones se manifiestan en las propiedades del entrelazamiento cuántico (¿entanglement¿) y no-localidad (o correlaciones de Bell), que en última instancia discriminan los regímenes clásicos de los regímenes cuánticos. Este tipo de correlaciones son, de hecho, las que dan lugar a la plétora de comportamientos emergentes enigmáticos de los SCMC, que no pueden reducirse a una mera suma de los comportamientos de los componentes individuales, siendo el ejemplo más importante siendo las transiciones de fase cuánticas (TFC). Sin embargo, a pesar de ser conceptos estrechamente relacionados, el entrelazamiento y la no-localidad son en realidad dos recursos diferentes.Con respecto al entrelazamiento, lo utilizaremos para caracterizar varios ejemplos de SCMC, para localizar y caracterizar exactamente las TFC en retículos de espines y de sistemas de fermiones interactuantes, para clasificar las diferentes fases cuánticas de acuerdo con su topológia y para proporcionar una señal puramente cuántica del caos en los sistemas dinámicos. Nuestro enfoque será principalmente numérico y para simular los estados fundamentales de varios sistemas unidimensionales nos basamos en gran medida en el célebre algoritmo ¿density matrix renormalization group¿ (DMRG), formulado en el ansatz de los ¿matrix product states¿ (MPS). Un MPS es un ¿retículos de tensores¿ (¿tensor networks¿, TN) unidimensional que representa estados cuánticos y ocupa una posición central entre los mayores logros obtenidos al estudiar los SCMC desde la perspectiva del entrelazamiento cuántico. De hecho, el éxito de los TN depende principalmente de su cumplimiento, por construcción, de una ¿ley del area¿ (¿area-law¿) de la entropía de entrelazamiento. Esta es una característica compartida por los estados fundamentales de los Hamiltonianos con interacciones de corto alcance entre los componentes del sistema y con una brecha (¿gap¿) entre el estado fundamental y los niveles excitados, que consiste en una entropía de entrelazamiento subextensiva, que crece sólo con la superficie de la bipartición. Esta propiedad se traduce en una menor complejidad de dichos sistemas, permitiendo simulaciones asequibles, con una reducción exponencial de los costes computacionales. Además del uso de los algoritmos ya existentes basados en TN, se desarrollará uno nuevo adecuado para sistemas en dimensiones altas. Si bien se dispone de muchos resultados útiles para el entrelazamiento en muchos contextos diferentes, se sabe menos sobre el papel jugado por la no-localidad. Formalmente, un estado de un sistema compuesto de muchas partes, se define como no-local si sus correlaciones violan alguna ¿desigualdad de Bell¿ (¿Bell inequality¿, BI). La derivación de dichas desigualdades para sistemas compuestos de muchas partes es un reto y sólo recientemente se ha propuesto una clase de ellas, relevante para estados no triviales. En un capítulo importante de la tesis, aplicamos estas BIs para caracterizar completamente la transición de fase de un modelo de Ising ferromagnético con interacciones de largo alcance, haciendo una comparación con los resultados basados en el entrelazamiento y luego haciendo uno de los primeros esfuerzos en el estudio de los SCMC desde una perspectiva de la no-localidad.

  • PLANES CONANGLA, GERARD: Levitation and control of particles with internal degrees of freedom
    Autor/a: PLANES CONANGLA, GERARD
    Enllaç a la tesi: http://hdl.handle.net/10803/669610
    Programa: FOTÒNICA
    Departament: Institut de Ciències Fotòniques (ICFO)
    Modalitat: Normal
    Data de lectura: 30/06/2020
    Director/a de tesi: QUIDANT, ROMAIN | SCHELL, ANDREAS

    Tribunal:
         PRESIDENT: ULBRICHT, HENDRIK
         SECRETARI: BACHTOLD, ADRIAN
         VOCAL: MILLEN, JAMES NEIL
    Resum de tesi: La levitodinàmica és un camp de la física en ràpida expansió que estudia la levitació i manipulació de micro- i nano-objectes, empesa per la possibilitat de solucionar trencaclosques de física fonamental i de desenvolupar noves aplicacions tecnològiques. Gràcies al gran aïllament de les partícules en levitació, l'evolució dels sistemes levitodinàmics està molt desacoplada del seu entorn. Per consegüent, permeten fer experiments que no serien possibles en nanooscil·ladors mecànics sobre substrat. En particular, una qüestió central en física consisteix en entendre com es produeix la transició entre els mons clàssic i quàntic; els objectes en levitació permeten estudiar aquest règim intermedi de manera innovadora.En els últims anys, la majoria d'experiments de levitodinàmica s'han limitat a atrapar òpticament partícules de sílice en el buit, tot controlant la posició de la partícula amb feixos làser modulats. Tot i així, l'ús de trampes òptiques suposa un obstacle a l'hora d'exportar aquests experiments a règims més diversos perquè, a baixes pressions, pocs materials són capaços de suportar les altes temperatures resultants de l'absorció de llum làser. Això impedeix l'ús d'objectes amb graus de llibertat interns, que --acoplats a variables mecàniques-- suposen un full de ruta clar per estudiar fenòmens quàntics a escala macroscòpica.En aquesta tesi, adrecem aquestes qüestions tot considerant altres tipus de trampa i tècniques de feedback, i assolim un control exce\lgem ent de la dinàmica de nanopartícules òpticament actives en levitació. Mitjançant càlcul estocàstic, simulacions i experiments, estudiem la dinàmica de les partícules en règims diversos, àdhuc considerant un esquema híbrid de trampa de Paul-òptica. A continuació, utilitzant una trampa de Paul, demostrem experimentalment l'atrapament, interrogació i feedback-\emph{cooling} en el buit d'un nanodiamant que conté un únic NV$ center, un clar candidat per a la realització d'experiments de física quàntica amb un únic spin. Finalment, estudiem i implementem un contro\lgem ador òptim per a refredar el centre de massa d'una partícula òpticament levitada. El feedback es realitza exercint una força de Coulomb sobre una partícula carregada positivament mitjançant un parell d'electrodes, i per tant no requereix elements òptics.

  • SANCHEZ PEACHAM, DANIEL ALEXANDER: Development of a High Intensity Mid-Ir OPCPA Pumped by a HO:YLF amplifier
    Autor/a: SANCHEZ PEACHAM, DANIEL ALEXANDER
    Enllaç a la tesi: http://hdl.handle.net/10803/668836
    Programa: FOTÒNICA
    Departament: Institut de Ciències Fotòniques (ICFO)
    Modalitat: Normal
    Data de lectura: 27/01/2020
    Director/a de tesi: BIEGERT, JENS

    Tribunal:
         PRESIDENT: PETROV, VALENTIN
         SECRETARI: ARTIGAS GARCIA, DAVID
         VOCAL: CHALUS, OLIVIER
    Resum de tesi: El desarrollo de fuentes de luz láser que emiten pulsos ultracortos sustenta una parte importante del progreso actual en ciencia experimental, especialmente en el ramo de la física relacionada con los fenómenos de campo electromagnético intensos. Los sistemas láser que permiten escalar experimentos de campo electromagnético intenso a regiones sin explorar del espectro electromagnético, especialmente en el rango del infra-rojo medio (2 µm << 20 µm), han demostrado ser una poderosa herramienta facilitando el estudio de nuevos procesos físicos. Sin embargo, las fuentes láser convencionales no son adecuadas para este propósito, y para investigar a fondo estos nuevos regímenes se requiere una nueva generación de sistemas láser.Esta tesis describe una nueva fuente láser de luz de infra-rojo medio de alta intensidad. La arquitectura que elegimos es un amplificador de pulso óptico dispersado paramétrico (OPCPA por sus siglas en inglés) bombeado con una longitud de onda larga y superando así muchos de los inconvenientes de otros diseños. Esta tesis presenta dos sub-sistemas nuevos necesarios para el desarrollo exitoso de un OPCPA de infra-rojo medio. El primero es una fuente compacta de infra-rojo medio basada en un láser de fibra generando pulsos de banda ancha utilizando generación por diferencia de frecuencia (DFG por sus siglas en inglés) en el cristal no lineal CdSiP2. Este láser es la fuente origen del OPCPA y genera pulsos con un ancho de banda compatible con una duración menor a 3 ciclos ópticos a la longitud de onda central de 7 µm. El segundo subsistema es una fuente de bombeo basada en un amplificador de pulso dispersado (CPA por sus siglas en inglés) en el material Ho:YLF bombeado por un láser comercial de fibra dopada con tulio. El sistema de bombeo proporciona más de 0.25 J de energía por pulso a una longitud de onda de 2052 nm.El sistema láser descrito en esta tesis es un paso importante hacia el desarrollo de una fuente de infra-rojo medio capaz de generar pulsos con energía de multi-mJ de pocos ciclos ópticos de duración y fase de portador a envolvente estable (CEP por sus siglas en inglés). El sistema está diseñado para operar a una longitud de onda central de 7 µm, generando pulsos con una energía de 0.2 mJ y una duración temporal de 180 fs a una frecuencia de repetición de 100 Hz. La especificación del láser presentado en este trabajo conduce a una potencia máxima de 1.1 GW y potencialmente a una intensidad máxima de 7 · 1014 W / cm2. Estos valores ya son compatibles con experimentos de campo fuerte y permiten una fuerza pondero-motriz 77 veces mayor que un láser estándar de Titanio-Zafiro.

  • SANZ SÁNCHEZ, JULIO: Two-component Bose-Einstein condensates with competing interactions
    Autor/a: SANZ SÁNCHEZ, JULIO
    Enllaç a la tesi: http://hdl.handle.net/10803/668865
    Programa: FOTÒNICA
    Departament: Institut de Ciències Fotòniques (ICFO)
    Modalitat: Normal
    Data de lectura: 10/02/2020
    Director/a de tesi: TARRUELL, LETICIA

    Tribunal:
         PRESIDENT: SANTOS SANCHEZ, LUIS
         SECRETARI: BORONAT MEDICO, JORDI
         VOCAL: BOURDEL, THOMAS, ALBERT, MARCEL
    Resum de tesi: Aquesta tesi descriu l'estudi experimental d'una mescla de dos condensats de Bose-Einstein amb interaccions ajustables. Aquest sistema és utilitzat com una plataforma per a estudiar sistemes quàntics formats per moltes partícules a partir de la simulació quàntica.Per a fer aquests experiments, he construït una font atòmica formada per una trampa magneto-òptica en 2D que s'implementa en una cambra de buit feta de vidre. A més a més, he desenvolupat i caracteritzat una tècnica d'imatge de contrast de fase basada en la rotació de la polarització de la llum. Aquesta tècnica està preparada per fer imatges de mescles atòmiques a camps magnètics intermedis i alts amb una gran densitat òptica i amb transicions òptiques obertes. Hem utilitzat la tècnica per a mesurar la densitat integrada total en l'eix òptic així com la diferència entre ambdues components. Es descriu la primera observació de gotes líquides quàntiques compostes per dues components incoherents amb una atracció residual en l'aproximació de camp mitjà. Sorprenentment, aquesta nova fase està estabilitzada a causa de la repulsió generada per les correccions de l'energia més enllà de l'aproximació de camp mitjà en un sistema amb interaccions dèbils. També hem caracteritzat la transició de fase líquid-gas que succeeix quan el sistema té un nombre d'àtoms reduït.A més a més, hem comparat dos estats autoconfinats de diferent natura en una geometria quasi-1D amb una mescla d'àtoms incoherents: les gotes quàntiques i els solitons brillants. Segons el nombre d'àtoms i la força de les interaccions aquests estats poden estar connectats o bé suaument o bé per una transició de fase. Hem mesurat la seva composició, el diagrama de fases i hem traçat el mapa de transició entre solitons i gotes en funció del camp magnètic i nombre d'àtoms. Finalment, es descriu una tècnica per a modificar les interaccions elàstiques i inelàstiques en un condensat de Bose-Einstein format per dues components, amb interaccions diferents i en competició, coherentment acoblades. Aquesta tècnica ens proveeix d'una gran flexibilitat per a modificar les interaccions i ens ha permès observar solitons brillants en quasi-1D en un estat vestit per l'acoblament coherent. Hem utilitzat l'habilitat per a modificar temporalment les interaccions per a canviar-les bruscament cap al règim atractiu i estudiar la inestabilitat dels modes que es manifesta amb la formació d'un tren de solitons brillants.

  • TIRRITO, EMANUELE: Investigations of topological phases for quasi-1D systems
    Autor/a: TIRRITO, EMANUELE
    Enllaç a la tesi: http://hdl.handle.net/10803/669331
    Programa: FOTÒNICA
    Departament: Institut de Ciències Fotòniques (ICFO)
    Modalitat: Normal
    Data de lectura: 13/07/2020
    Director/a de tesi: LEWENSTEIN, MACIEJ | BERMÚDEZ CARBALLO, ALEJANDRO

    Tribunal:
         PRESIDENT: AHUFINGER BRETO, VERÓNICA
         SECRETARI: ACÍN DAL MASCHIO, ANTONIO
         VOCAL: MAZZA, LEONARDO
    Resum de tesi: Durante mucho tiempo, los estados cuánticos de la materia se han caracterizado con éxito por el formalismo de Ginzburg-Landau que permitió de clasificar todos los diferentes tipos de transiciones de fase.Esta visión cambió con el descubrimiento del efecto Hall cuántico y los aislantes topológicos. Estos últimos son materiales que albergan estados de borde metálicos en una masa aislante, algunos de los cuales están protegidos por las simetrías existentes.Conjuntamente a la búsqueda de fases topológicas en materia condensada, se han hecho grandes esfuerzos en simulaciones cuánticas basadas en gases atómicos fríos. Los sofisticados esquemas láser proporcionan redes ópticas con diferentes geometrías y permiten ajustar las interacciones y la realización de campos de gauge artificial.Al mismo tiempo, los nuevos conceptos que provienen de la información cuántica, basados ¿¿en el entanglement, están empujando la frontera de nuestra comprensión de las fases cuánticas en su conjunto. El concepto de entanglement ha revolucionado la descripción de los estados cuánticos de muchos cuerpos al describir las funciones de onda con redes tensoras (TN) que se explotan para simulaciones numéricas basadas en el principio de variación.Esta tesis se enmarca en los estudios de física de la materia condensada: en particular, se centra en la llamada realización sintética de los estados cuánticos de la materia, más específicamente, de los topológicos, que pueden tener en las salidas a largo plazo hacia computadoras cuánticas robustas. Se propone una investigación teórica de los átomos fríos en la red óptica con campos de gauge efectivos y sometidos a interacciones relevantes experimentalmente, agregando un enfoque numérico moderno basado en algoritmos TN. Más específicamente, este trabajo se centrará en (i) fases topológicas en los sistemas cuasi-1D y, en particular, el modelo Creutz-Hubbard, (ii) la conexión entre la materia condensada y la física de alta energía estudiando el modelo Gross-Neveu y el discretización del modelo Wilson-Hubbard, (iii) implementación de algoritmos basados ¿¿en redes tensoras.

Darrera actualització: 24/10/2020 05:07:30.

Publicacions associades a les tesis

Projectes de recerca

DATA INICIDATA FIACTIVITATENTITAT FINANÇADORA
01/01/201831/12/2020Células solares con contactos posteriores basadas en substratos delgados de silicio cristalinoAGENCIA ESTATAL DE INVESTIGACION
01/12/201727/12/2017Prestación de servicios COSENTINOCOSENTINO RESEARCH AND DEVELOPMENT
01/01/201731/12/2021ICREA ACADEMIA 2016-04INSTITUCIO CAT DE RECERCA I
01/01/201731/12/20192017 SGR 1400 Nonlinear and Quantum Photonics GroupAGAUR. Agència de Gestió d'Ajuts Universitaris i de Recerca
17/06/201617/06/2016Procedimiento para la fabricación de resonadores esferoidales sobre un substrato monocristalino.
01/06/201631/05/2019Reducció energètica i flexibilitat en edificis en rehabilitacióACC10
01/01/201631/12/2018Explotación de las propiedades de las ondas de DyakonovMinisterio de Ciencia e Innovación
01/10/201530/09/2016BEQUES DOCTORAT FUND.LA CAIXA 2015-2FUNDACIO LA CAIXA
01/03/201528/02/2018Células y módulos de alta eficiencia basadas en el silicio negro y técnicas de eliminación de defectosMIN DE ECONOMIA Y COMPETITIVIDAD
01/01/201531/12/2017Células solares de silicio cristalino con contactos posteriores basadas en el procesado láser de capas dieléctricasMIN DE ECONOMIA Y COMPETITIVIDAD

Professorat i grups de recerca

Projectes de recerca

DATA INICIDATA FIACTIVITATENTITAT FINANÇADORA
01/01/201831/12/2020Células solares con contactos posteriores basadas en substratos delgados de silicio cristalinoAGENCIA ESTATAL DE INVESTIGACION
01/12/201727/12/2017Prestación de servicios COSENTINOCOSENTINO RESEARCH AND DEVELOPMENT
01/01/201731/12/2021ICREA ACADEMIA 2016-04INSTITUCIO CAT DE RECERCA I
01/01/201731/12/20192017 SGR 1400 Nonlinear and Quantum Photonics GroupAGAUR. Agència de Gestió d'Ajuts Universitaris i de Recerca
17/06/201617/06/2016Procedimiento para la fabricación de resonadores esferoidales sobre un substrato monocristalino.
01/06/201631/05/2019Reducció energètica i flexibilitat en edificis en rehabilitacióACC10
01/01/201631/12/2018Explotación de las propiedades de las ondas de DyakonovMinisterio de Ciencia e Innovación
01/10/201530/09/2016BEQUES DOCTORAT FUND.LA CAIXA 2015-2FUNDACIO LA CAIXA
01/03/201528/02/2018Células y módulos de alta eficiencia basadas en el silicio negro y técnicas de eliminación de defectosMIN DE ECONOMIA Y COMPETITIVIDAD
01/01/201531/12/2017Células solares de silicio cristalino con contactos posteriores basadas en el procesado láser de capas dieléctricasMIN DE ECONOMIA Y COMPETITIVIDAD

Qualitat

El Marc per a la verificació, el seguiment, la modificació i l'acreditació dels títols oficials (MVSMA) vincula aquests processos d'avaluació de la qualitat (verificació, seguiment, modificació i acreditació), que se succeeixen al llarg de la vida dels ensenyaments, amb l'objectiu d'establir uns lligams coherents entre tots ells i de promoure una major eficiència en la seva gestió, sempre amb l'objectiu de la millora dels ensenyaments.

Verificació

Seguiment

    Registre d'Universitats, Centres i Títols (RUCT)

    Indicadors

    Amunt