Perfil d'acces

El programa de doctorat de Fotònica està dirigit a estudiants amb expedients brillants a escala internacional que desitgin portar a terme 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, l’estudiant que accedeixi al programa de doctorat de Fotònica ha 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 persegueixin un futur acadèmic com aquells que vulguin arribar a ser futurs líders en la transferència de coneixements i tecnologia o en R+D dins de l’entorn empresarial.

Pel que fa a característiques personals, es busquen 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.

Finalment, els doctorands i doctorandes han 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 de recerca amb responsabilitat social i integritat científica.
f) Haver demostrat dins el seu context científic específic que són capaços de fer 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 els debats científics que es desenvolupen a escala internacional en el seu àmbit de coneixement i de divulgar els resultats de la seva activitat de recerca a tota mena 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.

Organització

• Sewell, Robert

• Acin Dalmaschio, Antonio
• Artigas Garcia, David
• Garcia-Parajo, Maria
• Konstantatos, Gerasimos
• Sewell, Robert
• Van Hulst, Niek
• Winkler, Pamina

• Institut de Ciències Fotòniques (PROMOTORA)

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

Tel: 93 554 22 10
Correu electrònic: academicaffairs@icfo.eu

Convenis amb altres institucions

L’ICFO té convenis de col·laboració amb un nombre important d’empreses, entre aquestes, Leica Microsystems, Corning, Nikon-Izasa Grup Sorigué, Accelerate Diagnostics, SL, Fyla All-Fiber Ultrafast Lasers i GRAPHENEA, per anomenar-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 programa Horitzó 2020 de la Unió Europea.

Perfil d'acces

El programa de doctorat de Fotònica està dirigit a estudiants amb expedients brillants a escala internacional que desitgin portar a terme 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, l’estudiant que accedeixi al programa de doctorat de Fotònica ha 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 persegueixin un futur acadèmic com aquells que vulguin arribar a ser futurs líders en la transferència de coneixements i tecnologia o en R+D dins de l’entorn empresarial.

Pel que fa a característiques personals, es busquen 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 i les 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.

Finalment, cal esmentar també que durant tot el procés d’admissió al doctorat de Fotònica es vetlla pel compliment dels principis de transparència, eficiència i comparació internacional establerts en la 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 els estudiants i les estudiants que provenen dels màsters vinculats: master in Photonics, màster universitari Erasmus Mundus en Fotònica, master’s degree in Photonics Engineering, Nanophotonics and Biophotonics, màster en Enginyeria Física i màster en Ciència i Tecnologia Quàntiques, de la Universitat Politècnica de Catalunya.

Tampoc requereixen complements de formació els estudiants i les estudiants que provinguin de màsters en fotònica i de física d’altres Universitats.

Per als estudiants i les estudiants que provenen de màsters en altres temàtiques, com màsters en ciències biomèdiques o màsters multidisciplinaris en ciències experimentals, s’avalua l’expedient particular i el projecte en el qual treballaran i es determina, en cada cas, si és necessària la superació de complements de formació específics. Si la Comissió Acadèmica del programa així ho determina, aquests estudiants han de cursar com a complement de formació una de les assignatures següents:

• Introduction to Photonics. Optics and Lasers (5 ECTS), del màster en Fotònica.
• Fotònica Aplicada (5 ECTS) del màster universitari en Tecnologies Facilitadores per a la Indústria Alimentària i de Bioprocessos.

Període de matrícula dels nous doctorands

La matrícula està oberta tot l’any dins del 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

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 vetlla perquè, individualment, cada tesi assoleixi els estàndards internacionals més alts abans de permetre’n la defensa.

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

Mobilitat, 3 mesos (optativa)
Elaboració i defensa inicial del pla de recerca, 50 hores (obligatòria)
Formació en habilitats informacionals, 1,5 hores (optativa)
Metodologia de la recerca, 12 hores (optativa)
Innovació i creativitat, 8 hores (optativa)
Habilitats lingüístiques i de comunicació, 18 hores (optativa)
Seminaris científics, 25 hores/any (optativa)
ICONS Seminars, 40 hores/any (optativa)
Coffee Sessions with Prominent Researchers, 2 hores/any (optativa)
Workshops específics del programa, 1 dia/any (optativa)
Publicacions, 50 hores (obligatòria)
PhD Lectures, 65 hores/any, (optativa)
Outreach Activities, 18 hores (optativa)
Formació en habilitats tècniques, 5 hores per tècnica (optativa)
Effective Oral Presentations, 10 hores (optativa)
ICFO-ESADE From Science to Business, 24 hores (optativa)
Introduction to Patent Engineering and Management, 7,5 hores (optativa)
Cursos d’idiomes, 40 hores (espanyol, català i anglès) (optativa)
Research Integrity, 3 hores (obligatòria)
Career Development, 10 hores (optativa)
Resilience and Wellbeing, 6 hores (optativa)
Essential Transferable Skills for Early Career Researchers, 12 hores (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.

Llistat de tesis autoritzades per a defensa

• CHISHOLM, CRAIG STERLING: Raman Dressed Bose-Einstein Condensates with Tunable Interactions: Topological Gauge Theories and Supersolids
  
  Autor/a: CHISHOLM, CRAIG STERLING
  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: 12/05/2023
  Data de lectura: 19/06/2023
  Hora de lectura: 10:00
  Lloc de lectura: ICFO, Mediterranean Technology Park, Avinguda Carl Friedrich Gauss, 3, 08860 Castelldefels, Barcelona
  Director/a de tesi: TARRUELL, LETICIA
  Tribunal:
       PRESIDENT: MITCHELL, MORGAN
       SECRETARI: OBERTHALER, MARKUS
       VOCAL: STRINGARI, SANDRO
  Resum de tesi: El control exquisit disponible en els experiments de gasos quàntics ultrafreds els converteix en un candidat ideal per la simulació quàntica de temes diversos que van des de la física d¿altes energies i models anàlegs de gravetat quàntica fins a sistemes de matèria condensada fortament correlacionats i estats exòtics de la matèria. En aquesta tesi s¿hi descriu l¿ús d¿acoblament Raman per dissenyar noves interaccions quirals i una relació de dispersió amb dos mínims amb condensats de Bose-Einstein de potassi, i s¿exploten per realitzar una teoria gauge topològica i un estat exòtic de la matèria conegut com supersòlid, respectivament.Una característica comuna de molts temes d¿interès per la simulació quàntica és la possibilitat de descriure¿ls des de la perspectiva d¿una teoria gauge. L¿acoblament Raman s¿ha utilitzat per produir camps gauge artificials durant més d¿una dècada, però normalment als camps gauge els manquen restriccions de simetria necessàries per construir una teoria gauge. Una teoria gauge ben coneguda que s¿utilitza per descriure estats quàntics de Hall fraccionat és la teoria de Chern-Simons. La teoria de Chern-Simons és una teoria gauge topològica, de manera que no té dinàmica de camp gauge en absència de matèria. Aquí utilitzem acoblament òptic per dissenyar interaccions quirals en un condensat de Bose-Enstein d¿àtoms de potassi i codificar la dinàmica d¿una reducció unidimensional de la teoria de Chern-Simons coneguda com teoria BF quiral en la dinàmica de la matèria. Hem observat solitons quirals i un camp elèctric dependent de la densitat. Els nostres resultats experimentals representen la primera simulació quàntica amb èxit d¿una teoria gauge topològica en el continu.Els supersòlids van ser predits teòricament fa més de cinquanta anys i s¿han fet realitat en els condensats de Bose-Einstein en els últims anys. En una segona sèrie d¿experiments, hem aprofitat les propietats d¿interacció úniques del potassi per crear un supersòlid en un condensat de Bose-Einstein amb acoblament Raman amb major estabilitat i contrast del que es pot aconseguir amb altres àtoms alcalins. Fent servir tècniques d¿òptica d¿ones de matèria hem obtingut per primera vegada imatges de les modulacions de densitat característiques d¿un supersòlid en un condensat de Bose-Einstein amb acoblament Raman. Explorem un règim de paràmetres prèviament inaccessible i demostrem que el període de les franges depèn de la intensitat òptica, a diferencia d¿una xarxa òptica poc profunda en la qual el període de les franges ve donat pel vector d¿ona de la xarxa òptica.El nostre mètode d¿enginyeria d¿interaccions quirals amplia el camp de la simulació quàntica de teories gauge incloent teories gauge topològiques en el continu i suposa un pas endavant cap a la simulació de la teoria de Chern-Simons en dues dimensions. La nostra aplicació de la òptica d¿ones de la matèria a la fase supersòlida en un condensat de Bose-Einstein amb acoblament Raman introdueix una nova eina per detectar els modes de Goldstone de baixa energia i les propietats de coherència de fase.
  
• DOMINGUES ALVES, NATALIA: Single-atom motional dynamics in an optical dipole trap
  
  Autor/a: DOMINGUES ALVES, NATALIA
  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: 16/05/2023
  Data de lectura: 16/06/2023
  Hora de lectura: 15:00
  Lloc de lectura: ICFO, Mediterranean Technology Park, Avinguda Carl Friedrich Gauss, 3, 08860 Castelldefels, Barcelona
  Director/a de tesi: MITCHELL, MORGAN
  Tribunal:
       PRESIDENT: DE RIEDMATTEN, HUGUES
       SECRETARI: KUHN, AXEL RUDOLF
       VOCAL: CELISTRINO TEIXEIRA, RAUL
  Resum de tesi: Aquesta tesi estudia, mitjançant simulació i experiments, la dinàmica del moviment d'un sol àtom en un parany de dipol òptic. El parany de dipol òptic que estudiem és un parany fora de ressonància (far-off-resonance trap, FORT) d'un sol feix, dessintonitzat cap al vermell. Aquesta FORT està situada en el centre de quatre lents d'alta obertura numèrica en la configuració ¿ Maltese cross¿ , que facilita els mesuraments basats en la fluorescència de l'àtom. Realitzem un estudi detallat, combinant simulacions i experiments, de la temperatura de l'àtom en aquest sistema. Assenyalem les raons per les quals el model de l'àtom amb una temperatura única pot fallar en descriure les estadístiques del seu moviment en el parany. A més, estudiem la sensibilitat del ja establert mètode ¿ release and recapture¿ a una possible distribució anisotròpica de la temperatura de l'àtom. També mesurem l'extinció òptica causada per l'àtom, a partir de la qual extraiem un limiti inferior de la força d'interacció. Finalment, vam demostrar amb resultats experimentals i de simulacions, com l'excitació paramètrica de l'àtom a la FORT pot ser utilitzada per a manipular la distribució del seu espai de fase, portant a una disminució o augment efectiu de la seva energia cinètica.
  
• MARTÍNEZ CERCÓS, DANIEL: Highly Percolated Ultra-Thin Metal Films for Reconfigurable Metasurfaces
  
  Autor/a: MARTÍNEZ CERCÓS, DANIEL
  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: 04/05/2023
  Data de lectura: 21/06/2023
  Hora de lectura: 15:00
  Lloc de lectura: ICFO, Mediterranean Technology Park, Avinguda Carl Friedrich Gauss, 3, 08860 Castelldefels, Barcelona
  Director/a de tesi: PRUNERI, VALERIO | PAULILLO, BRUNO
  Tribunal:
       PRESIDENT: ARTIGAS GARCIA, DAVID
       SECRETARI: HERRANZ, GERVASI
       VOCAL: THELEN, DEAN MICHAEL
  Resum de tesi: Actualment existeix un gran interès científic i tecnològic en materials ultrafins, amb almenys una dimensió en el rang del nanòmetre o inclús inferior, ja que aquests posseeixen característiques no assolibles pels seus homòlegs de major gruix. La gran modulació elèctrica i l'intens confinament de camp assolibles mitjançant l'ús de grafè i altres materials bidimensionals (2D), proporcionen un clar exemple de les propietats elèctriques i òptiques úniques que poden ser utilitzades per demostrar dispositius sense precedents. A més dels materials 2D, les làmines ultrafines de metall (UTMFs) estan emergint com a potencials candidats per a revolucionar el camp de l'optoelectrònica. No obstant, la deposició estàndard de metalls per mètodes de fabricació escalables, com ara sputtering o evaporació, resulta en la formació d'illes desconnectades de metall a petits gruixos. Per tant, generalment és necessari l'ús de tècniques per a la modificació de l'energia superficial del substrat que promoguin la percolació primerenca de les làmines de metall. A més, la sintonització de les propietats físiques dels UTMFs després de la seva fabricació ha estat elusiva durant molt de temps atès que la gran densitat de càrrega dels metalls juntament amb les dificultats en l'obtenció de làmines de metall contínues a gruixos prou fins. Recentment, UTMFs d'argent (Ag) i or (Au) amb gruixos nanomètrics han estat obtinguts mitjançant l'ús de seed layers. Gràcies al reduït gruix de les làmines obtingudes mitjançant aquesta tècnica, una gran modulació electro-òptica de plasmons en UTMFs mitjançant gating d'electròlits va ser demostrada per primera vegada.Seguint aquests avenços, al llarg d'aquesta tesi introduïm, per primera vegada al nostre coneixement, una nova tècnica de deposició basada en el seeding de metalls nobles mitjançant una capa sub-nanomètrica d'òxid cúpric. Aquesta tècnica promou la percolació primerenca de Ag i Au sobre òxid de silici i fluorur de calci deixant inalterades les seves propietats òptiques. La tècnica reportada és escalable i és potencialment extensible al creixement d'altres metalls nobles, mostrant així un gran potencial per al seu ús en aplicacions tecnològiques reals. Així mateix, les propietats morfològiques, elèctriques i òptiques dels UTMFs d'Ag i Au resultants són estudiades en funció del seu gruix, demostrant la seva gran qualitat demostrant la seva gran qualitat en casos en què làmines conductives amb gran transparència i/o superfícies ultra-llises són necessàries.En relació a la sintonitzabilitat dels UTMFs, en primer lloc mostrem un nou mètode per sintonitzar les propietats elèctriques i òptiques dels UTMFs d'Au mitjançant foto-reducció. Aquesta tècnica és utilitzada per demostrar que superfícies conductives transparents i plasmòniques poden ser sintonitzades de forma contínua i, si s'afegeix oxidació, poden ser ciclades consecutivament. Aquesta sintonització possibilita estructures reconfigurables basades en UTMFs i l'ajustament de la seva resposta a punts de treball específics. Aquest mètode és per tant important en la producció a gran escala d'aquestes superfícies ja que permet la compensació d'irregularitats en el material, així com errors morfològics i en les dimensions estructurals ocorreguts durant la seva fabricació. En segon lloc, demostrem canvis reversibles en les propietats òptiques de superfícies semi-reflectives i plasmòniques en l'infraroig (IR) mitjançant la combinació d'UTMFs d'Au amb gating d'electròlits, amb especial atenció en mesures en una geometria de reflexió. Els resultats demostren el potencial del mètode en dispositius de modulació electro-òptica en el règim IR, i estén la seva aplicació a situacions en què treballar en una configuració de reflexió és necessària o beneficiosa. Exemples d'això inclouen finestres intel·ligents o sensors químics o biològics com, per exe
  
• RAKONJAC, JELENA VELIBOR: Light-matter entanglement between telecom photons and solid-state quantum memories
  
  Autor/a: RAKONJAC, JELENA VELIBOR
  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: 23/05/2023
  Data de lectura: pendent
  Hora de lectura: pendent
  Lloc de lectura: pendent
  Director/a de tesi: DE RIEDMATTEN, HUGUES
  Tribunal:
       PRESIDENT: MITCHELL, MORGAN
       SECRETARI: LEDINGHAM, PATRICK
       VOCAL: HUNGER, DAVID
  Resum de tesi: Future networks for quantum communication will require a new form of technology in order to operate over long distances. The no-cloning theorem precludes the use of amplification, so quantum repeater schemes have been proposed to achieve long-distance quantum communication through the distribution of entanglement. A key device for this setup is a quantum memory, which is required in order to store entanglement and synchronise its distribution.Among the many physical systems than can be used as a quantum memory, rare-earth ion-doped crystals stand out due to their long coherence times and potential for multiplexing and integration. This thesis reports the use of one such system, Pr3+:Y2SiO5, as a quantum memory using the atomic frequency comb (AFC) protocol. Building on previous work, we improved the performance of the memory to be able to demonstrate light-matter entanglement with a telecommunications wavelength photon and the quantum memory, for both a bulk memory and an integrated version.To measure light-matter entanglement, we use photon pairs generated through cavity-enhanced spontaneous parametric down conversion, where one photon (the signal) is stored in the memory and the other (the idler) is at a telecommunications wavelength. These photon pairs exhibit energy-time entanglement, which we analyse in the time basis using fibre- and AFC-based Mach-Zehnder interferometers. In the first experiment, we demonstrate light-matter entanglement where the bulk quantum memory is used with on-demand retrieval via storage in a spin-wave. We measure interference fringes with average visibilities of 89(2)% for AFC storage, and 70(3)% for spin-wave storage, sufficient to demonstrate entanglement. This is the first such demonstration using an on-demand multimode solid-state memory and telecom photon. We show that entanglement is maintained for up to 47.7 µs of storage. These results were made possible through improvements in the AFC efficiency and the noise filtering. Furthermore, we perform on-demand storage and retrieval of up to 30 temporal modes.We take the next step towards implementing our system in a real world scenario by measuring entanglement over a distance. To do so, we send the idler photons through both optical fibre spools and deployed fibre in the metropolitan area of Barcelona, Spain, while the photon detection still occurs in the same lab. The resulting visibilities (80% or higher) demonstrate that the photonic qubit does not decohere during transmission through the optical fibre. We then decouple the photon creation and detection by measuring non-classical correlations between signal photons detected in the lab, and idler photons detected 16 km away (44 km in fibre) in a different location.The final experiment uses a fibre-integrated memory for light-matter entanglement. We use a Pr3+:Y2SiO5 crystal containing a Type I laser-written waveguide, interfaced directly with optical fibre. The fibre-integration allows for improved transmission and AFC efficiency compared to a free-space coupled waveguide memory. To analyse the performance of the memory, we demonstrate non-classical correlations for storage times up to 28 µs. We perform qubit tomography in the time basis for storage times of 3 and 10 µs, measuring two-qubit fidelities of 86(2)% and 86(4)%, respectively, demonstrating storage of entanglement.These experiments demonstrate the potential of our system for use as part of a quantum repeater, with many opportunities for further improvement to the storage time, efficiency, and multiplexing capability.
  

Darrera actualització: 10/06/2023 04:45:36.

Llistat de tesis en dipòsit

• BARCONS RUIZ, DAVID: Exploring graphene artificial superlattices and hydrodynamic plasmons
  
  Autor/a: BARCONS RUIZ, DAVID
  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: 30/05/2023
  Data de lectura: pendent
  Hora de lectura: pendent
  Lloc de lectura: pendent
  Director/a de tesi: KOPPENS, FRANK | HERZIG SHEINFUX, HANAN
  Tribunal:
       PRESIDENT: GARCÍA DE ABAJO, JAVIER
       SECRETARI: GORBACHEV, ROMAN
       VOCAL: ANDREI, EVA YOCHEVED
  Resum de tesi: El grafè ha revolucionat el camp de la física de la matèria condensada durant els darrers dos decennis. Els estudis realitzats amb grafè s¿han convertit en una plataforma de recerca de màxima importància. Això és degut a que els electrons del grafè es comporten com fermions de Dirac sense massa, i per tant tenen propietats típiques de partícules relativistes. També influeixen les seves propietats electro-òptiques extraordinàries, com és ara una mobilitat electrònica excepcional, la seva gran capacitat de modulació al modificar-ne el dopatge amb diferents voltatges de porta i la gran capacitat d¿absorció de llum dins un gran rang de longituds d¿ona. Fa ben poc s¿han descobert correlacions físiques a super-xarxes moiré de grafè, i això ha portat un seguit d¿estudis i de resultats com a resultat de l¿interès generat a la comunitat científica. Les super-xarxes moiré es preparen amuntegant capes de Van der Waals girades l¿una respecte a l¿altra. Això crea una nova periodicitat de més llarg abast que modifica l¿estructura electrònica de bandes. En principi aquestes super-xarxes es podrien fabricar també artificialment. Això portaria una flexibilitat complerta a l¿hora de crear qualsevol xarxa. A la primera part d¿aquesta tesi, introduïm una nova tècnica de nano-fabricació que permet estructurar materials de Van der Waals a escales comparables a super-xarxes moiré, però sense restriccions al disseny de la xarxa. La tècnica que presentem consisteix en bombardejar membranes penjades (suspeses) amb un feix de ions. Demostrem que aquesta tècnica pot imprimir patrons periòdics a elèctrodes de grafit amb un període de menys de 20 nanòmetres. Aquests patrons periòdics generen un potencial de super-xarxa a capes de grafè aïllades que modifica la seva estructura de bandes. Això ho comprovem mitjançant mesures de transport electrònic. Utilitzant els nostres processos denano-fabricació estudiem també estructures de xarxa més complexes, que no són assolibles simplement girant unes capesrespecte a les altres. Amb la nostra tècnica hem proposat un sistema experimental viable mitjançant la inducció d¿un potencial de super-xarxa en bi-capes de grafè, amb el que es poden obtenir bandes electròniques planes i aïllades que podrien presentarfenòmens de correlació. Amb aquest procés es podrà obtenir una nova classe de simuladors d¿estat sòlid de Fermi-Hubbard.Per altra banda, s¿ha comprovat fa poc que els electrons dins el grafè es poden comportar com un fluid hidrodinàmic dins d¿un ampli rang de paràmetres al que es pot accedir experimentalment. Això és degut a que els electrons poden recórrer gransdistàncies sense perdre moment, fins i tot a temperatura ambient. Aquest comportament similar al d¿un fluid és degut a la presència de col·lisions electró-electró. S¿han fet estudis de fenòmens típics de materials líquids, com per exemple la viscositat, a dispositius de grafè. Això ha generat molt d¿interès a la comunitat científica. A la segona part d¿aquesta tesi, utilitzem excitacions col·lectives de la densitat electrònica (o plasmons) de grafè a freqüències de THz, per explorar la transició entre el règim sense col·lisions (on l¿acoblament electró-electró no és important per la resposta dinàmica del grafè) i el règim hidrodinàmic. Demostrem que la resposta dinàmica d¿un líquid d¿electrons a un potencial elèctric oscil·lant depèn de si la freqüència d¿excitació és més gran o més petita que la freqüència de les col·lisions electró-electró. Per als líquids de Fermi electrònics, aquest fenomen és equivalent a la transició des del modus 0 al primer modus de so que s¿observa als líquids de Fermi neutres. Finalment implementem un sistema d¿obtenció d¿imatges en camp proper a freqüències de THz, que permet també obtenir la fase. Aquest sistema obté imatges amb un quocient senyal-soroll
  
• SCANDI, MATTEO: Information and thermodynamics
  
  Autor/a: SCANDI, MATTEO
  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: 30/05/2023
  Data de lectura: pendent
  Hora de lectura: pendent
  Lloc de lectura: pendent
  Director/a de tesi: ACÍN DAL MASCHIO, ANTONIO
  Tribunal:
       PRESIDENT: LEWENSTEIN, MACIEJ
       SECRETARI: MANISCALCO, SABRINA
       VOCAL: MANZANO PAULE, GONZALO
  Resum de tesi: La comprensió moderna de la física està profundament relacionada amb el concepte d'informació. El renaixement de l'estudi de la mecànica quàntica en forma d'informació quàntica és només un exemple d'una tendència més general que mostra com la incorporació d'idees de la teoria de la informació a la pràctica de la física no és simplement una oportunitat fèrtil per trobar nous resultats, sinó que també ofereix una comprensió radicalment nova del que hauria de descriure la física: emblemàtica d'aquest canvi de paradigma és la transició de l'espai dimensional infinit associat a les funcions d'ona que apareixen a l'equació de Schrödinger, a l'extrema simplicitat de la pedra angular moderna de la mecànica quàntica, la qubit. Un lloc especial en aquest context ocupa la termodinàmica: d'una banda, perquè va ser una de les primeres branques de la física en què es va reconèixer explícitament el paper de la informació; de l'altra, ja que la correspondència formal entre l'entropia de Shannon i Boltzmann deixa entreveure una connexió profunda entre tots dos. En última instància, gairebé sembla que aquestes dues teories acabaran coincidint, i es parlarà de termodinàmica igual que de teoria de la informació amb esborrat. Encara estem lluny d'aquesta afirmació, però l'aparició contínua de quantificadors d'informació en un entorn genuïnament termodinàmic, especialment quan es caracteritza la dissipació, no pot deixar de corroborar aquesta creença.L'objectiu d'aquesta tesi és avançar més en la identificació de les dues teories, centrant-se en alguns aspectes de la geometria de la informació i mostrant com aquestes s'apliquen de manera natural a l'estudi de les transformacions termodinàmiques. En particular, el principal objecte d'interès és la família de mètriques d'informació quàntiques de Fisher, estudiades a fons a la primera part de la tesi. Allà demostrem un fet que motiva l'interès per aquesta magnitud: malgrat l'entorn estadístic en què es va formular originalment, té una naturalesa dinàmica tan profunda que totes les evolucions físiques es poden definir en realitat només en termes del seu comportament respecte a la Informació de Fisher. En la segona part de la tesi, connectem aquesta discussió amb el camp de la termodinàmica. En aquest context, mostrem que les mètriques d'informació de Fisher sorgeixen de manera natural en la descripció de la dissipació en transformacions gairebé isotèrmiques, és a dir, sempre que la conducció és prou lenta perquè el sistema estigui a prop de l'equilibri durant tot el protocol. Això mostra un altre exemple del que sembla ser una regla general: la naturalitat amb què les estructures desenvolupades en el context de la inferència estadística i la teoria de la informació s'apliquen a l'estudi de la producció d'entropia.
  

Darrera actualització: 10/06/2023 04:30:26.

Llistat de tesis defensades per any

• AGARWAL, HITESH: Graphene based optical interconnects and IR photodetectors
  
  Autor/a: AGARWAL, HITESH
  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 lectura: 23/01/2023
  Director/a de tesi: KOPPENS, FRANK
  

  Tribunal:
       PRESIDENT: PRUNERI, VALERIO
       SECRETARI: MUELLER, THOMAS
       VOCAL: STAMPFER, CHRISTOPH
  Resum de tesi: A pesar de la amplia investigación en la industría de los semiconductores, la ley de Moore finalmente se está desacelerando debido a una mayor complejidad en la fabricación. Por ello, se está realizando un gran esfuerzo para explorar soluciones híbridas, es decir, agregando funcionalidades adicionales a la plataforma del silicio ya existente, para mantener respuesta a la creciente demanda. Esto se conoce coloquialmente como la fase `Más allá de Moore¿. Esta tesis propone al grafeno - una capa monoatómica de carbono - como un excelente candidato para las aplicaciones optoelectrónicas de la fase `Más allá de Moore¿. En particular, demostramos interconexiones ópticas basadas en grafeno: fotodetectores y moduladores para aplicaciones en comunicación de datos y sensores infrarrojos de banda ancha para astronomía espacial hiperespectral.El grafeno posee la movilidad electrónica a temperatura ambiente más alta que conocemos, es compatible con el la plataforma de 'semiconductor complementario de óxido metálico' (CMOS) y tiene magníficas propiedades electrónicas y optoelectrónicas. En la primera parte de esta tesis, usamos grafeno como elemento activo sobre una plataforma de guía de ondas pasiva de silicio para demostrar su utlididad en moduladores de electroabsorción y fotodetectores. Desarrollamos una novedosa combinación de dieléctricosmediante la integración de materiales 2D con óxidos 3D, lo que nos permitió obtener una interfaz limpia y de alta calidad con grafeno, y propiedades de alto-¿. Esto nos ayudó a superar limitaciones fundamentales y conseguimos demostrar una alta eficiencia de modulación (~ 2.2 dB/V) y una alta velocidad (39 GHz) en el mismo dispositivo, superando a otros moduladores basados en CMOS. En lo referente a los fotodetectores, demostramos un detector basado en el efecto foto termoeléctrico (PTE) con alta responsividad (55 mA/W) y un ancho de banda de 40 GHz limitado por los instruementos de medida.En la segunda parte de la tesis, abordamos el problema perpetuo de la baja absorción de luz en el grafeno al demostrar el primer fotoconductor 3D basado en capas de grafeno bicapa desacopladas entre ellas, con propiedades similares a las de 2D. Debido al entorno asimétrico que experimentan las bicapas de grafeno, estas perciben un fuerte campo cristalino interno, lo que resulta en la aparición una banda prohibida intrínseca. Aprovechamos esta banda prohibida para observar una gran respuesta fotoconductora en un amplio rango de longitudes de onda, de 2 a 150 µm. Esto supone la primera alternativa para los lentos y costosos detectores térmicos de banda ancha. Esto podría significar un paso fundamental para la obtención de imágenes hiperespectrales y en la astronomía de infrarrojos, acercándonos un paso más a revelar los secretos del universo. Finalmente, encontramos una gran fotorrespuesta en el estado crítico fuera del equilibrio en superredes de grafeno bajo un alto bias. Encontramos que el estado crítico cambia con la temperatura o la luz, lo que da como resultado una fotorrespuesta, imitando el comportamiento propio del borde de transición, el cual puede ser potencialmente interesante para la detección de fotones únicos de THz en el futuro.
  

• ANDREOLI, FRANCESCO: Multiple light scattering in atomic media: from metasurfaces to the ultimate refractive index
  
  Autor/a: ANDREOLI, FRANCESCO
  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 lectura: 23/03/2023
  Director/a de tesi: CHANG, DARRICK
  

  Tribunal:
       PRESIDENT: TARRUELL, LETICIA
       SECRETARI: MILLER, OWEN DENNIS
       VOCAL: KAISER, ROBIN PIERRE LÉON
  Resum de tesi: Nuestra capacidad de confinar y guiar la luz nos ha llevado a logros tecnológicos asombrosos, jugando un papel fundamental en campos tan diversos como la fotoquímica, las telecomunicaciones o el diseño de materiales. La propiedad clave de un material para controlar la luz es su índice de refracción. En particular, todos los materiales naturales exhiben un índice de refracción modesto, cercano a la unidad, n ~ 1. Esta universalidad sugiere la existencia de algún origen simple y ubicuo, cuya caracterización completa a partir de consideraciones microscópicas, sorprendentemente, aún falta. Además, para aumentar el rendimiento de los dispositivos fotónicos, es crucial entender si los principios físicos permiten o prohíben la síntesis de materiales con índices más altos. En esta tesis, abordamos estas cuestiones desde un punto de vista atómico, estudiando si las propiedades ópticas macroscópicas pueden deberse a procesos electrodinámicos entre átomos bien separados, que solo interactúan a través de la dispersión de la luz. Las teorías estándar ignoran que la luz puede dispersarse varias veces y conducen a predicciones erradas en situaciones de fuerte interferencia, como en redes cristalinas o conjuntos densos de átomos. Aquí, desarrollamos nuevas técnicas para tratar la dispersión múltiple de la luz, con el objetivo final de comprender los límites fundamentales del índice de refracción, así como proponer aplicaciones fotónicas innovadoras. Nuestros resultados se dividen en tres partes.Primero, investigamos un conjunto desordenado de átomos con densidad creciente, hasta regímenes donde se requiere un tratamiento completo de la dispersión múltiple y de las interacciones de campo cercano. En esta situación, encontramos que estos efectos limitan el índice de refracción a un valor máximo de n ~ 1,7. Proponemos una explicación basada en la teoría del grupo de renormalización, en la que las interacciones de campo cercano, combinadas con posiciones atómicas aleatorias, desarrollan una ampliación no homogénea de las frecuencias atómicas de resonancia. Este mecanismo asegura que, independientemente de la densidad atómica, la luz (para cualquier frecuencia dada) solo interactúa con unos pocos átomos resonantes por unidad cúbica de longitud de onda, limitando la respuesta óptica.Un comportamiento radicalmente diferente se manifiesta en una red cristalina de átomos. Siempre que las interacciones solo estén mediadas por dispersión múltiple, cada capa del cristal exhibe una respuesta monomodo sin pérdidas, que genera un índice de refracción muy grande y puramente real. Para abordar los límites de esta respuesta física, ampliamos nuestro análisis teórico hasta densidades tan altas que los orbitales electrónicos de los núcleos vecinos comienzan a superponerse. Desarrollamos un modelo para incluir el inicio de este régimen en nuestro análisis, argumentando que la aparición del magnetismo cuántico, las correlaciones de densidad y la dinámica de efecto túnel de los electrones suprimen efectivamente la respuesta monomodo, bajando nuevamente el índice a la unidad. No obstante, justo antes del inicio de los procesos químicos, nuestra teoría predice la posibilidad teórica de sintetizar un material con un índice de refracción sorprendentemente alto (n ~ 30) y pérdidas bajas.Por último, inspirándonos en la impresionante respuesta óptica de las redes atómicas, proponemos su uso para imitar un dispositivo óptico complejo, a saber, una lente delgada. El componente básico de esta "metalente atómica" está compuesto por tres redes atómicas bidimensionales consecutivas, cuyas distancias y constantes de red se eligen adecuadamente para garantizar una alta transmisión de la luz, así como un cambio de fase arbitrario. Para caracterizar su eficiencia y probar su robustez frente a pérdidas, realizamos simulaciones numéricas incluyendo un gran número de átomos, entr
  

• CAMPHAUSEN, ROBIN: Quantum-enhanced imaging with SPAD array cameras
  
  Autor/a: CAMPHAUSEN, ROBIN
  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 lectura: 12/04/2023
  Director/a de tesi: PRUNERI, VALERIO
  

  Tribunal:
       PRESIDENT: ACÍN DAL MASCHIO, ANTONIO
       SECRETARI: LAPKIEWICZ, RADEK
       VOCAL: JULIA DIAZ, BRUNO
  Resum de tesi: Los pares de fotones entrelazados pueden mejorar la capacidad de obtención de imágenes. La formación de imágenes de fase permite detectar detalles de muestras transparentes con alta precisión y sin necesitar marcas fluorescentes potencialmente invasivas. Además, el entrelazamiento permite una mayor relación señal-ruido (SNR, por sus siglas en inglés) de la que es posible utilizando luz clásica. Las correlaciones espaciales de las fuentes de pares de fotones basadas en conversión paramétrica descendente espontánea (SPDC, por sus siglas en inglés) también pueden ser empleadas para aumentar la resolución espacial, y la robustez frente al ruido y a las aberraciones. Por tanto, las técnicas de captación de imagen cuántica son una potente estrategia para impulsar el campo de la ciencia de la fotografía especializada más allá de sus límites actuales.La mayor barrera en la implementación de esquemas de captación de imágenes cuánticas basadas en fotones entrelazados es principalmente tecnológica, al carecer de sensores de imagen escalables capaces de detectar imágenes multifotónicas. No obstante, el desarrollo de cámaras de matriz de fotodiodos de avalancha de fotón único (SPAD, por sus siglas en inglés), y de fuentes de pares de fotones entrelazados de alta eficiencia y brillo, basadas en SPDC, ha cambiado el panorama actual. Estos avances han permitido que los componentes necesarios alcancen una relativa madurez tecnológica, lo que abre una ventana de oportunidad para la ingeniería de sistemas útiles que aprovechan el entrelazamiento para mejorar la imagen óptica.En esta tesis, mostramos el desarrollo de una plataforma de captación de imágenes cuántica práctica y rápida, capaz de generar imágenes mediante el uso de coincidencias multifotónicas. Principalmente, nos centramos en la capacidad de formar imágenes de fase de campo amplio, mejoradas por entrelazamiento. Los componentes principales de nuestra plataforma son: fuentes de pares de fotones hiperentrelazados, un sistema óptico de imagen con un gran campo de visión y capacidad de medición de fase, y formación de imagen mediante la detección en coincidencias utilizando cámaras SPAD. Específicamente, la tesis describe:¿ La primera realización de un sistema de captación de imágenes de fase en configuración de campo amplio mejorado por entrelazamiento. Utilizando métodos de análisis del ruido y de los recursos, se logró demostrar la supersensibilidad en la medición de fase facilitada por iluminación con luz cuántica. Las capacidades de nuestro sistema se probaron con medidas correspondientes a ejemplos del mundo real, por ejemplo, midiendo microarreglos ultrafinos (grosor de ~nm) en materiales transparentes, muestras biomédicas de microarrays de proteínas, y de fase birrefringente.¿ El desarrollo de herramientas numéricas y experimentales generales para calcular imágenes y vídeos de coincidencias de pares de fotones con cámaras SPAD, con modos de lectura de conteo de fotones y etiquetado de tiempo. Además, se desarrolló la recuperación de imágenes de fase del entrelazamiento, adaptando técnicas de interferometría y holografía. Asimismo, se realizó un estudio detallado sobre la influencia de diferentes parámetros experimentales en los factores de calidad de imagen.¿ La evolución y optimización de nuestro sistema hacia la formación de imágenes cuánticas en tiempo real. Se integró primero una fuente de fotones entrelazados de longitud de onda visible y, seguidamente, una nueva cámara SPAD con marcado temporal. El sistema resultante presenta una mejora de al menos cuatro órdenes de magnitud en la velocidad de medición en comparación con otras demostraciones. Esto confiere al sistema la capacidad de grabar vídeos de coincidencias de pares de fotones entrelazados con una tasa de fotogramas de ~Hz. Este sistema, además de medir la fase, tiene aplicaciones para monitorizar tanto la fidel
  

• DI GIULIO, VALERIO: Nanophotonics with charged particles
  
  Autor/a: DI GIULIO, VALERIO
  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 lectura: 12/04/2023
  Director/a de tesi: GARCÍA DE ABAJO, JAVIER
  

  Tribunal:
       PRESIDENT: KOCIAK, MATHIEU
       SECRETARI: ROPERS, CLAUS
       VOCAL: MANJACAVAS AREVALO, ALEJANDRO
  Resum de tesi: Entre els constituents fonamentals de la matèria, partícules carregades com electrons i positrons són protagonistes en fenòmens físics associats amb escales d'energia petites (~ meV) i altes (~ MeV). Per exemple, els electrons conductors en sistemes de matèria condensada poden respondre col·lectivament a l'acció d'un camp electromagnètic extern, exhibint excitacions de plasmó que dominen el seu comportament òptic en el visible. La presència de límits materials produeix una modulació dramàtica d'aquests modes que permet modelar la seva interacció amb la llum per a l'exploració de fenòmens fonamentals i el disseny d'aplicacions pràctiques, temes centrals en el camp de la nanofotònica.Els electrons que viatgen a l'espai lliure, com els dels microscopis electrònics, constitueixen sondes ideals per a observar materials amb resolució nanomètrica. Per tal de millorar la resolució energètica fins al règim dels meV i alhora realitzar mesures resoltes en el temps amb precisió de fs, els polsos làser i els electrons en microscopis electrònics de transmissió es poden sincronitzar per trobar-se a la mostra en l'anomenada microscòpia electrònica de camp proper induïda per fotó (PINEM). L¿eficiència de l¿acoblament de l¿electró a camps evanescents intensos produïts per làser provoca una forta remodelació d'energia de la funció d'ona dels electrons. Durant l'última dècada, la tècnica PINEM s'ha utilitzat per adaptar la funció d'ona dels electrons lliures, emfatitzant així el paper d'aquestes sondes de microscòpia com a portadores d'informació. Aquesta tesi representa un esforç per explorar nous escenaris en la interacció entre electrons lliures i excitacions òptiques. En particular, el Capítol 2 aborda la investigació teòrica dels aspectes de mecànica quàntica associats amb la interacció PINEM mitjançant una descripció d¿òptica quàntica del camp òptic. Basant-nos en aquests resultats, en el Capítol 3 mostrem que es pot millorar el control sobre la formació, compressió i estadística del pols d'electrons mitjançant la substitució de l'excitació làser coherent per la interacció amb llum quàntica, com ara camps òptics de fase i amplitud.El Capítol 4 explora el paper que juguen les fluctuacions del buit electromagnètic en la dinàmica acoblada d'un feix d'electrons lliures i un objecte macroscòpic, produint difracció elàstica i decoherència. En particular, demostrem que la difracció pot dominar sobre la decoherència, suggerint un enfocament no destructiu de la microscòpia basat en l'elecció específica de paràmetres que minimitzen la interacció inelàstica amb l'espècimen.Com a aspecte radicalment diferent de la interacció entre llum i electrons, el Capítol 5 està dedicat a l'estudi de la interferència produïda en l'emissió de catodoluminescència per la interacció sincronitzada d'electrons lliures i polsos làser enfosquits dispersats per l'espècimen. Argumentem que aquest efecte pot permetre mesures combinant la selectivitat espectral i temporal de la llum amb la resolució atòmica dels feixos d'electrons per resoldre la fase associada amb els modes òptics en la mostra.En el Capítol 6, considerem que la difracció elàstica, similar a l'estudiada en el Capítol 4, també és experimentada per electrons de conducció en un material bidimensional, alterant així les seves propietats simplement afegint una estructura neutral veïna.A escales d'energia més altes, el Capítol 7 explora el potencial dels modes òptics confinats per assistir en la producció de parells electró-positró que sorgeix de la dispersió de raigs gamma per polaritons de superfície que es propaguen en la interfície d'un material.En resum, a través d'aquesta tesi explotem l'acoblament entre la llum evanescent, aprofitada en la proximitat dels límits dels materials, i les partícules lliures carregades per tal d'accedir a nous efectes només observables en el
  

• DURANTI, STEFANO: Towards efficient quantum repeater nodes based on solid-state quantum memories
  
  Autor/a: DURANTI, STEFANO
  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 lectura: 24/03/2023
  Director/a de tesi: DE RIEDMATTEN, HUGUES
  

  Tribunal:
       PRESIDENT: CHANG, DARRICK
       SECRETARI: KRÖLL, RICHARD STEFAN
       VOCAL: ETESSE, JEAN FRANÇOIS YVES
  Resum de tesi: Los repetidores cuánticos son el fundamento de las futuras redes cuánticas de larga distancia. En la mayoría de las arquitecturas, su núcleo funcional está constituido por memorias cuánticas, dispositivos que pueden almacenar y reemitir información fotónica cuántica bajo demanda. El objetivo de esta tesis es avanzar hacia nodos eficientes de repetidores cuánticos que permitan crear correlaciones cuánticas entre fotones de telecomunicaciones y qubits materiales. Con estos fines, llevamos a cabo tres experimentos principales.En nuestro primer trabajo, construimos una fuente en estado sólido de fotones entrelazados con capacidades de almacenamiento integradas. Esta memoria cuántica emisiva se implementó en un cristal de Pr3+:Y2SiO5, mediante el protocolo del peine atómico de frecuencia (AFC). Gracias al AFC pudimos adaptar el protocolo Duan-Lukin-Cirac-Zoller (DLCZ), concebido para átomos fríos, a un ensamble de estado sólido. Este experimento demostró que podemos producir entrelazamiento de materia y luz entre un fotón mensajero, a 606 nm, y una excitación de onda de espín dentro del material. En un momento posterior, la excitación de la materia se transfirió a un segundo fotón a 606 nm, emitido por la memoria, a través de un pulso de lectura. Se midieron las correlaciones cuánticas entre los dos fotones, lo que permitió la violación de una desigualdad de Bell, demostrando así la presencia de entrelazamiento. La eficiencia fue baja, un 1,6%, pero se identificaron soluciones para aumentar este valor.En el segundo experimento, abrimos el camino para la conversión cuántica de frecuencia (QFC) de estos fotones a la banda de telecomunicaciones. La larga duración de estos fotones, de hasta 1 µs, hace que su conversión con una alta relación señal-ruido (SNR) sea un desafío. La conversión desde 606 nm a 1552 nm se logró mediante la generación de diferencia de frecuencia (DFG) en una guía de ondas PPLN utilizando un fuerte campo de bombeo a 994 nm. Una prueba con pulsos coherentes débiles (PCDs) mostró que podemos convertir fotones de unos µs, dada la eficiencia de anuncio del experimento anterior, con una SNR de 2,6. Esto prepara el escenario para interconectar una memoria AFC-DLCZ, que funciona a 606 nm, con la red de telecomunicaciones (1530 nm ¿ 1565 nm) y con sistemas materiales que funcionan a una longitud de onda diferente.Finalmente, en el último experimento, implementamos el protocolo AFC asistido por una cavidad con impedancia adaptada (IMC). Ha sido demostrado anteriormente que la IMC mejora la eficiencia del protocolo AFC. Usamos la cavidad para almacenar PCDs con una eficiencia de hasta el 62%. En el mismo sistema, almacenamos qubits codificados en tiempo constituidos por PCDs, logrando una eficiencia del 52% y, con un análisis realizado por medio de un interferómetro Mach-Zehnder basado en el AFC, evaluando una fidelidad del 95% para el qubit emitido, y una fidelidad de la memoria compatible con el 100%. Además, estudiamos la influencia del efecto de luz lenta en nuestro cristal y concluimos que conlleva una reducción del ancho de banda de la cavidad de dos órdenes de magnitud. Finalmente, el tiempo de almacenamiento del AFC se extendió hasta 50 µs, para certificar que la mejora de la eficiencia se mantiene para diferentes AFCs.Los logros de esta tesis son la vanguardia, en cuanto a eficiencia, para las memorias basadas en el AFC y para el almacenamiento de qubits en sistemas de estado sólido, y abren paso hacia las memorias cuánticas eficientes. Además, hemos hecho la primera demostración de una fuente de estado sólido de parejas de fotones entrelazados que además funciona como memoria multimodo de estado sólido integrada. Los resultados del experimento AFC-DLCZ en términos de eficiencia de anuncio hacen posible conectarlo con nuestro experimento de QFC. La combinación de los dos permite establecer un nodo cuántico y conectarlo con diferentes tipos de
  

• KRAMARENKO, MARIIA: FLUORESCENCE QUANTUM YIELD AND THE OPEN CIRCUIT VOLTAGE IN PEROVSKITE SOLAR
  
  Autor/a: KRAMARENKO, MARIIA
  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 lectura: 24/03/2023
  Director/a de tesi: MARTORELL PENA, JORDI
  

  Tribunal:
       PRESIDENT: LIRA CANTÚ, MÓNICA
       SECRETARI: GARCÍA DE ARQUER, FRANCISCO PELAYO
       VOCAL: ALARCON LLADO, ESTHER
  Resum de tesi: Per mitigar la crisi energètica i climàtica que ja estem enfrontant i abordar l'augment del consum d'energia, és fonamental fomentar estratègies de transició energètica. L'èxit de la transició energètica depèn en gran menera de poder transformar el sector energètic mundial de fonts basades en combustibles fòssils a fonts d'emissió de diòxid de carboni neutres o zero. Un estudi de dècades sobre la fotovoltaica ha produït diverses generacions de tecnologies de conversió d'energia solar que no emeten gasos d'efecte hivernacle ni contaminació de l'aire quan funcionen. Tanmateix, tenint en compte que el sol és la Font d'energia més abundant del nostre planeta, en comparació amb els combustibles fòssils, l'ús de la fotovoltaica és encara molt limitat. En aquesta transició dels combustibles fòssils a la fotovoltaica, és essencial millorar l'assequibilitat combinada amb una alta eficiència. En els darrers anys, les cèl·lules solars de perovskita s'han convertit en la tecnologia fotovoltaica de pel·lícula prima més destacada per proporcionar una alta eficiència simultàniament a un baix cost. En aquesta tesi, estudiem cèl·lules solars basades en perovskites i rutes òptiques per maximitzar la seva eficiència de conversió d'energia. El límit teòric per convertir la llum solar en electricitat mitjançant l'efecte fotovoltaic va ser establert per primera vegada per William Shockley i Hans-Joachim Queisser el 1961 basant-se en el principi de l'equilibri detallat. Segons el seu treball, una cèl·lula solar pot assolir una eficiència limitadora si s'eliminen tots els mecanismes de pèrdua i el rendiment quàntic de fluorescència és igual a la unitat. L'eficiència de conversió de totes les tecnologies fotovoltaiques encara és considerablement inferior al límit d'eficiència de Shockley - Queisser, però les basades en perovskita han demostrat propietats optoelectròniques excepcionals i rendiments quàntics de fluorescència elevats, que poden ajudar a apropar la seva màxima eficiència fotovoltaica a aquest límit. En aquesta tesi, proporcionem diverses rutes òptiques per optimitzar els paràmetres fotovoltaics de les cèl·lules solars de perovskita, posant un èmfasi especial en la tensió de circuit obert estudiant la seva relació amb l'absorció i emissió de fotons per part de la capa de perovskita.El capítol 1 serveix com a introducció, que inclou una discussió sobre la demanda mundial actual d'energia i les tecnologies fotovoltaiques disponibles, centrant-se més en les basades en materials perovskites. El límit d'eficiència de Shockley-Queisser i el mecanisme de pèrdua de potència. Al capítol 2, analitzem la relació entre la tensió de circuit obert i el rendiment quàntic de fluorescència en cèl·lules solars basades en perovskita, tant teòricament com experimentalment, i discutim la desviació observada del comportament previst. El capítol 3 descriu el nou mètode de fabricació de perovskites d'alta qualitat amb bandes buides baixes i gran mida de gra. El mètode de creixement compacte de dos passos amb plantilla PbI2 va facilitar l'assoliment de cèl·lules solars amb un alt rendiment quàntic de fluorescència i tensió de circuit obert. Al capítol 4, hem desenvolupat un model i un algorisme d'optimització per trobar les estructures òptiques òptimes per millorar òpticament els paràmetres fotovoltaics per a diferents cèl·lules solars de perovskita. Els resultats teòrics d'aquest capítol suggereixen que una simple multicapa dieléctrica col·locada a la part superior del substrat de la cèl·lula solar pot millorar simultàniament la tensió de circuit obert i el corrent de curtcircuit, donant lloc a un guany relatiu d'eficiència de conversió de potència superior al 4%. En el capítol 5, s'implementa experimentalment el concepte estudiat teòricament en el capítol anterior. La multicapa dielèctrica es fabrica i es col·loca a sobre d'una cèl·lula sol
  

• MATEOS ESTÉVEZ, NICOLÁS: Advanced single molecule fluorescent tools to reveal spatiotemporal multi-molecular interactions in living cells
  
  Autor/a: MATEOS ESTÉVEZ, NICOLÁS
  Enllaç a la tesi: ICFO, Mediterranean Technology Park, Avinguda Carl Friedrich Gauss, 3, 08860 Castelldefels, Barcelona
  Programa: FOTÒNICA
  Departament: Institut de Ciències Fotòniques (ICFO)
  Modalitat: Normal
  Data de lectura: 28/04/2023
  Director/a de tesi: GARCÍA PARAJO, MARÍA | TORREÑO PIÑA, JUAN ANDRÉS
  

  Tribunal:
       PRESIDENT: LOZA ALVAREZ, PABLO
       SECRETARI: PADILLA PARRA, SERGIO
       VOCAL: DOS SANTOS DUARTE VIEIRA HENRIQUES, RICARDO JOSÉ
  Resum de tesi: La organización espacio-temporal y compartimentalización de moléculas en células vivas es crucial para regular múltiples funciones celulares. La desregulación en cómo las moléculas exploran dinámicamente su entorno e interactúan con otras moléculas puede llevar a una gran variedad de enfermedades e incluso a la muerte. Por lo tanto, comprender la naturaleza de estas interacciones dinámicas es fundamental en los estudios de biología celular. Durante muchos años, la microscopía de fluorescencia ha sido el enfoque preferido para visualizar dinámicamente los componentes moleculares de las células con alto contraste y de manera no invasiva. Además, el surgimiento de la microscopía de super-resolución basada en fluorescencia y la detección de fluorescencia de moléculas individuales ha revolucionado los campos de la microscopía y también la biología. Ha proporcionado detalles sin precedentes sobre la organización dinámica de las moléculas en células vivas, y en particular, a nivel de la membrana plasmática. Desafortunadamente, debido a limitaciones técnicas asociadas con estas novedosas técnicas, los estudios temporales y espaciales se realizan por separado. Además, aunque los microscopios de super-resolución están disponibles en la mayoría de los laboratorios, el análisis cuantitativo de los datos proporcionados por estas técnicas sigue siendo extremadamente desafiante. Por lo tanto, se requiere el desarrollo de nuevas herramientas de análisis para lograr un verdadero entendimiento en el campo de la biología celular. El objetivo de esta tesis ha sido abordar algunos de estos desafíos actuales. En particular, nos hemos enfocado en: (1) desarrollar e implementar algoritmos innovadores para analizar los datos de microscopía de super-resolución para estudiar la organización espacial a escala nanométrica de una variedad de proteínas en la membrana plasmática de las células; (2) desarrollar una metodología innovadora basada en el seguimiento de partículas individuales de alta densidad (multicolor) para estudiar la organización espacio-temporal a múltiples escalas de diferentes biomoléculas en la membrana plasmática; y (3) aplicar nuestra metodología innovadora para abordar dos preguntas principales en el campo de la biología celular: a) el papel del citoesqueleto de actina y el medio extracelular para modular la organización espacio-temporal del receptor transmembrana CD44, y b) el papel de CD44 y Galectina 9 en la modulación de la capacidad de DC-SIGN para capturar virus en células del sistema inmunológico. En conjunto, esta tesis ha proporcionado herramientas sofisticadas que van más allá de los métodos actuales de visualización basados en moléculas individuales. Además, hemos estudiado cómo las células regulan la compartimentalización (en espacio y tiempo) de componentes moleculares para orquestar la función celular.
  

• ORTIZ DE ORRUÑO CUESTA, UNAI: Optical Holographic Microscopy for Bio- and Nanoparticle Characterization
  
  Autor/a: ORTIZ DE ORRUÑO CUESTA, UNAI
  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 lectura: 21/04/2023
  Director/a de tesi: VAN HULST, NIEK
  

  Tribunal:
       PRESIDENT: PRUNERI, VALERIO
       SECRETARI: LECHUGA GÓMEZ, LAURA M.
       VOCAL: ALVAREZ PUEBLA, RAMON ANGEL
  Resum de tesi: Avui en dia, la correcta caracterització de les nanopartícules és clau en molts aspectes. Per exemple, las industries química i farmacèutica normalment confien en la mida de les partícules per a fer el control de qualitat. Per altra banda, en un context clínic la caracterització de certes biopartícules pot ajudar a diagnosticar diferents malalties en el seu inici. Tot i així, les necessitats en els diferents camps varia, degut a la diferència en la composició de les mostres i les propietats de les partícules d¿interès. Per tant, s¿han desenvolupat diferents tècniques per a caracteritzar nanopartícules, cadascuna basada en un principi físic diferent i adequades a àmbits d¿ús específics.En aquesta tesi, he millorat les tècniques òptiques per a mesurar la mida de nanopartícules fent servir holografia. Presento diferents sistemes òptics d¿imatge que capten la llum que dispersen les nanopartícules i la graven en hologrames. Mostro com reconstruir el front d¿ona de la llum dispersada fent servir eines de processament hologràfic i com extreure d¿aquesta informació la mida de la partícula. Demostro la capacitat dels sistemes d¿imatge per holografia que presento proporcionant una caracterització tècnica i mesurant mostres rellevants.Primer, introdueixo un sistema d¿imatge amb un rang dinàmic ampliat en comparació als microscopis de camp fosc convencionals. Demostro la capacitat de mesura de nanopartícules d¿aquesta plataforma hologràfica fent servir mostres de calibratge. A més a més, aporto una prova de concepte caracteritzant una mostra clínica formada per vesícules extracel·lulars, per tal de demostrar la viabilitat de la plataforma per a desenvolupar sistemes de proves al punt de atenció.Tot seguit, milloro el anàlisi de seguiment de nanopartícules (Nanoparticle Tracking Analysis, NTA), fet servir per mesurar partícules a partir de la seva difusió, gracies a la holografia. L¿ús d¿holografia no només augmenta la precisió del NTA per la seva capacitat de capturar millor la difusió de les partícules, si no que també aporta l¿índex de refracció de la mostra. Aquest és d¿especial interès a mesurar mostres de composició desconeguda, com les extraccions clíniques. Presento proves experimentals de la millora de mesures de mida per NTA i de l¿obtenció simultània de l¿índex de refracció. Addicionalment, mesuro el canvi radial induït per la formació de corones de proteïnes, demostrant la rellevància de la plataforma per l¿estudi del comportament de les partícules en fluids biològics.Finalment, presento un sistema que confina partícules en el volum de visió d¿un sistema d¿imatge hologràfic per a millorar la precisió de les mesures per NTA. El disseny d¿aquesta plataforma va ser motivat per els bons resultats fent servir el NTA hologràfic i el seu potencial ús en investigació bàsica en la formació de corones de proteïnes. La idea d¿aquest sistema és obtenir trajectòries de la difusió de partícules més llargues, augmentant la sensibilitat del NTA hologràfic per tal de detectar l¿absorció d¿una única proteïna a una nanopartícula. Demostro les capacitats d¿aquesta plataforma mitjançant una minuciosa avaluació tècnica basada en evidencies experimentals.Preveig que les plataformes hologràfics presentades en aquesta tesi es podran utilitzar en varies aplicacions, tan en investigació bàsica com aplicada. En particular, considerant la capacitat d¿aquestes plataformes per analitzar mostres polidisperses, espero contribuir a avançar la recerca bàsica de vesícules extracel·lulars.
  

• SEVERINO, STEFANO: Attosecond soft X-ray absorption revealing the ultrafast non-adiabatic dynamics of furan
  
  Autor/a: SEVERINO, STEFANO
  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 lectura: 13/03/2023
  Director/a de tesi: BIEGERT, JENS
  

  Tribunal:
       PRESIDENT: LIGUORI, NICOLETTA
       SECRETARI: CERULLO, GIULIO
       VOCAL: PALACIOS CAÑAS, ALICIA
  Resum de tesi: Uno de los objetivos fundamentales de la comunidad físico-química siempre ha sido poder seguir los detalles de la evolución de las reacciones químicas en tiempo real. Además de la altísima resolución temporal requerida (subfemtosegundos), una imagen borrosa de la dinámica surge a menudo debido a las dificultades de desentrañar espectroscópicamente la interacción entre los grados de libertad electrónicos y nucleares. Esto depende del observable utilizado para los experimentos, que define la información directa e indirecta que se puede recuperar. Por ejemplo, electron diffraction o X-ray scattering rastrean directamente los cambios estructurales durante una reacción. En cambio, la espectroscopia X-rays Absorption Fine Structure (XAFS) sigue la dinámica desde la perspectiva del electrón, sondeando las transiciones de un orbital profundo a un orbital de valencia vacío. Especialmente cuando se aplica a la región de rayos X blandos, las transiciones minimizan la congestión espectral y proporcionan sensibilidad inherente de elemento, carga y estado. Al mismo tiempo, el observable depende fuertemente de los cambios geométricos y proporciona información sobre la dinámica nuclear.Con la aparición de la ciencia del attosegundo, las propiedades de la espectroscopia XAFS se combinaron con una resolución temporal sin precedentes que coincidía con las escalas de tiempo naturales del movimiento electrónico en la materia. Esto equipó a la comunidad científica con una herramienta capaz de descifrar los detalles de la dinámica compleja que surge de la interacción entre la luz y la materia, y inició una revolución en el campo de la espectroscopia ultrarrápida. Entre las muchas dinámicas químicas que se pueden investigar, la espectroscopia XAFS de attosegundo (AttoXAFS) es muy atractiva para el estudio de procesos no-adiabáticos de sistemas poliatómicos que involucran puntos de degeneración de las superficies de energía potencial, intersecciones cónicas (ICs). En estos fenómenos, la capacidad de descifrar los grados de libertad nuclear y electrónica es fundamental para una correcta interpretación del proceso.En esta tesis, AttoXAFS con rayos X blandos se aplica al estudio de la dinámica no-adiabática de una molécula heterocíclica prototípica, el furano. El análisis de los datos experimentales, con el apoyo de simulaciones de alto nivel, proporciona una interpretación clara de la dinámica ultrarrápida nuclear y electrónica. La resolución temporal y la sensibilidad a las ocupaciones electrónicas y los cambios estructurales permiten seguir la dinámica paso a paso, revelando información sobre la configuración nuclear y electrónica de la molécula. La imagen resultante muestra cómo el paso a través de los ICs define el flujo de la población electrónica a través de estados oscuros transitorios y la relajación al estado fundamental, así como la interacción entre las dinámicas de coherencia vibracional y electrónica. En el capítulo 1 de esta tesis proporcionaré el marco para la obtención de estos resultados. Este consiste, por un lado, del desarrollo reciente de la ciencia del attosegundo y sus logros en el estudio de la interacción luz-materia y, por otro, de las dinámicas que caracterizan la reacción química fotoinducida de los sistemas poliatómicos. En el capítulo 2 presentaré la configuración experimental desarrollada en el laboratorio del Prof. Dr. Jens Biegert con la que se obtuvieron los resultados de esta tesis. En el capítulo 3 discutiré la importancia de los pulsos de alta energía fotónica para la ciencia de los materiales, centrándome en XAFS y mostrando ejemplos de su aplicación en muestras de estado sólido y fase gaseosa logradas durante mi doctorado. El núcleo de esta tesis se presenta en el capítulo 4, donde describiré los datos experimentales sobre el furano y los principales resultados de la combinación de la investigación teórica y experime
  

• WANG, YONGJIE: Eco-Friendly Solar Cells with Cation-Engineered AgBiS2 Nanocrystals
  
  Autor/a: WANG, YONGJIE
  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 lectura: 23/02/2023
  Director/a de tesi: KONSTANTATOS, GERASIMOS
  

  Tribunal:
       PRESIDENT: VAYNZOF, YANA
       SECRETARI: SAUCEDO SILVA, EDGARDO
       VOCAL: HOYE, ROBERT LIANQI ZHAO
  Resum de tesi: El cambio climático y la demanda mundial de energía urgen el desarrollo de fuentes de energía renovables para el suministro de energía en todo el mundo. La generación de energía fotovoltaica, que consiste en la conversión de la energía solar directamente en electricidad, es el sistema más prometedor, sino el único, para satisfacer estas necesidades. La fabricación de células solares a partir de materiales en disolución es uno de los procesos emergentes especialmente atractivo por sus beneficiosas propiedades como la ligereza de los dispositivos, el bajo coste, la posibilidad de fabricación en masa, etc. Entre los materiales procesados en solución, los nanocristales son extremadamente prometedores, gracias a su habilidad de modificar sus propiedades ópticas y electrónicas dependiendo de su tamaña, morfología y composición. En la última década, las células solares de nanocristales se han basado principalmente en nanocristales de calcogenuro de plomo, aunque estas presentan problemas relacionados con la toxicidad del elemento plomo. Los nanocristales de sulfuro de bismuto y plata pueden ser excelentes sustitutos de estos materiales, ya que tienen brechas de banda adecuadas y altos coeficientes de absorción. Sin embargo, la eficiencia de conversión de energía ha quedado por detrás de sus homólogos tóxicos, debido principalmente a que presentan una corta distancia de difusión y desorden catiónico descontrolado. En esta tesis se han determinado los efectos perjudiciales de la heterogeneidad catiónica en los nanocristales ternarios de sulfuro de bismuto y plata y, además, se ha desarrollado un procedimiento de recocido sencillo para homogeneizar este desorden catiónico que permite obtener coeficientes de absorción ultra elevados, superiores a los de cualquier otro material de uso común en aplicaciones fotovoltaicas en un amplio rango de 400 a 1000 nm. La transición de la configuración catión-desorden se confirmó además mediante la combinación de cálculos de la teoría del funcional de la densidad ab initio y caracterizaciones experimentales del material. Otros modelos ópticos sugirieron que una capa ultrafina absorbente de 30 nm posee el potencial para lograr un alto Jsc de hasta 30 mA/cm2 y una eficiencia de hasta el 26%. Además de la mejora de la absorción óptica, se ha demostrado que después del tratamiento de recocido se elonga la distancia de difusión. Este resultado anticipa un alto rendimiento usando absorbentes ultrafinos. Las células solares ultrafinas se diseñaron y fabricaron con una arquitectura especial que alcanzó una eficiencia récord de hasta el 9,17%, certificada independientemente por NewPort como 8,85%. Asimismo, la célula solar ultrafina también mostró una excelente estabilidad en condiciones ambientales.Con el fin de compatibilizarlo con los procesos de fabricación en masa, se ha desarrollado un procedimiento de intercambio de ligandos en fase de solución que nos permite obtener tintas acuosas de nanocristales. Los dispositivos de células solares se fabrican mediante un proceso de deposición de las tintas de nanocristales en un solo paso. Estos dispositivos mostraron una eficiencia de hasta el 7,3%, muy superior a los registros anteriores de dispositivos de tinta. En resumen, se han fabricado celdas solares basadas en nanocristales de AgBiS2 que alcanzon un rendimiento récord, a partir de dos métodos diferentes: un procedimiento en estado sólido y uno de intercambio de ligandos en disolución. Este trabajo marca un hito en el desarrollo de células solares inorgánicas respetuosas con el medio ambiente, de baja temperatura y procesadas en solución, y abre un nuevo campo de ingeniería de la configuración atómica de los semiconductores como medio para conseguir propiedades optoelectrónicas extraordinarias.
  

Darrera actualització: 10/06/2023 05:01:04.

Grups de recerca

• FOTONICA-Grup de Recerca de Fotonica

Professorat

• Acin Dalmaschio, Antonio
• Artigas Garcia, David
• Bachtold, Adrian
• Biegert, Jens
• Chang, Darrick
• de Riedmatten, Hugues
• Durduran, Turgut
• Ebrahim-Zadeh, Majid
• Efetov, Dmitri K.
• Garcia de Abajo, Javier
• García de Arquer, Francisco Pelayo
• Garcia-Parajo, Maria
• Konstantatos, Gerasimos
• Koppens, Frank
• Krieg, Michael
• Lewenstein, Maciej
• Loza Alvarez, Pablo
• Martorell Pena, Jordi
• Mitchell, Morgan
• Papadakis, Georgia
• Perez Torres, Juan
• Pruneri, Valerio
• Sewell, Robert
• Tarruell, Leticia
• Torner Sabata, Lluis
• Van Hulst, Niek
• Wall, Simon
• Wieser, Stefan