Tribunal:
     PRESIDENT: BUSQUETS FACIABÉN, ALBERT
     SECRETARI: ARTIGAS GARCIA, DAVID
     VOCAL: ARMENDOLA, CATERINA
Resum de tesi: Els dispositius òptics difusos híbrids ofereixen un mètode no invasiu, continu i cost-eficaç per monitorar el flux sanguini cerebral i el metabolisme en l'ús al llit i aplicacions de simulació realista. La incorporació de l'espectroscòpia de correlació difusa (DCS) i l'espectroscòpia d'infraroigs pròxims (NIRS) en aquests dispositius amplia la seva versatilitat. Aquest projecte de doctorat es va centrar en l'ús de l'òptica difusa per avaluar l'activitat cerebral durant proves funcionals i d'estrès en poblacions adultes grans.L'envelliment és el principal factor de risc per a diverses condicions cerebrals com l'ictus, trastorns cognitius i problemes de mobilitat. A mesura que la població envelleix, aquestes patologies relacionades amb l'edat es converteixen en una càrrega social i econòmica significativa. La suposició subjacent és que els danys microvasculars i els canvis en la regulació del flux sanguini cerebral contribueixen significativament a un major risc de malalties cerebrovasculars,trastorns cognitius i de mobilitat. Això subratlla la importància de crear un sistema de monitoratge àmpliament accessible i protocols associats capaços de detectar aquests canvis de manera precoç,amb la finalitat de conduir a intervencions personalitzades. Es van realitzar dos estudis multidisciplinaris durant els meus estudis de doctorat per identificar alteracions en els paràmetres hemodinàmics de persones adultes grans en resposta a patologies existents.El flux sanguini cerebral (CBF) microvascular en una cohorte de persones adultes més joves i majors de 65 anys amb i sense deteriorament cognitiu lleu (MCI),amb una salut general bona, va ser monitorat durant proves funcionals i d'estrès. Es va observar que el CBF de les persones adultes majors amb MCI no podia recuperar-se a les condicions inicials comparat amb els participants més joves,indicant possibles problemes d'autoregulació i vasoreactivitat. Les mesures de CBF durant tasques cognitives funcionals van revelar diferències de gènere. Per a una prova determinada,els participants amb MCI van presentar una resposta estadísticament més alta que els subjectes normocognitius (NC).La combinació d'aquests resultats afavorix la "hipòtesi d'ineficiència" que suggereix que les persones adultes majors activen les xarxes cerebrals com els individus NC per fer front a les demandes conductuals, però amb una activitat augmentada.Es va desenvolupar un nou dispositiu òptic difús híbrid que combina un DCS ràpid fet a mida amb un dispositiu NIRS comercial juntament amb dispositius externs per a enregistraments de senyals fisiològics en el segon estudi. El projecte tenia com a objectiu mesurar els canvis en la hemodinàmica cerebral en persones adultes grans amb el Síndrome de Risc Motor (MCR) durant protocols de tasques cognitives i motoras funcionals per avaluar l'impacte pre-post a 3 i 6 mesos de l'exercici físic sol o combinat amb estimulació transcranial de corrent continu. Els resultats van revelar un CBF més alt, però no respostes d'oxi-hemoglobina (HbO2) en tasques dobles comparat amb les simples. No hi va haver diferències entre grups a la línia de base i als 3 mesos, però es van observar respostes estadísticament diferents en el CBF als 6 mesos per ambdós grups d'intervenció comparat amb el grup de control, però no en les respostes de HbO2 o Hb,indicant que la intervenció afecta la resposta de CBF,possiblement a causa de millores en la salut vascular,destacant la importància de l'activitat física i l'estimulació transcranial en el manteniment de la salut vascular.Una part de la meva recerca es va centrar en el desenvolupament de nous algoritmes per descontaminar les dades mesurades del senyal extracerebral per desenvolupar un model òptim per minimitzar l'efecte per ambdós estudis.aquest estudi demostra la capacitat de l'òptica híbrida per capturar les respostes hemodinàmiques evocades a l'escorça prefrontal i ofereix informació sobre l'ús de tècniques per avaluar la la funció cognitiva.

Tribunal:
     PRESIDENT: LEVITT, MALCOLM HARRIS
     SECRETARI: GARCÍA DE ARQUER, FRANCISCO PELAYO
     VOCAL: SAUER, KAREN LOUISE
Resum de tesi: Aquesta tesi doctoral descriu la teoria, simulacions, aparell experimental i mesuraments de dinàmiques de espín nuclear per mitjà de magnetòmetres de bombeig òptic en règims magnètics no convencionals. Aquesta tesi està dividida en quatre parts: magnetometria, espectroscòpia de ressonància magnètica nuclear, dispersió relaxació nuclear i control de espín nuclear.La secció de magnetometria descriu com, mitjançant la integració de les tècniques d’intercanvi de espín DC lliure de relaxació i magnetòmetres RF, s’ha desenvolupat un magnetòmetre àmpliament ajustable que ofereix una resposta gairebé plana des de DC fins a uns pocs kHz amb una sensibilitat de menys de 20 fT √Hz. En aquest rang, sobrepassa les capacitats de mètodes de detecció inductiva i elimina la necessitat de temperatures criogèniques necessàries en aparells superconductors d'interferència quàntica o SQUIDs (per les sigles en anglès).A la següent part s'empra el magnetòmetre per realitzar experiments d'espectroscòpia de ressonància magnètica nuclear en sistemes amb espines nuclears acoblats. Es fa una anàlisi exhaustiva per trobar el camp magnètic que dóna la determinació més precisa de la constant J d'acoblament. Es demostra que alguns sistemes en règim de camps ultra baixos ofereixen avantatges quan es comparen amb els camps a zero y alt règim.Un factor clau per triar el camp magnètic és la forta dependència de la relaxació de l'espín nuclear amb el camp. Aquesta dependència s'explora a la tercera part d'aquesta tesi al rang no convencional de camps ultra baixos, amb una discussió sobre coherències persistents de llarga vida i l'impacte de correlacions esteses a les dinàmiques moleculars. Aquest estudi es realitza experimentalment adaptant el mètode establert de rotació ràpida de camp (fast field cycling) a camps ultra baixos i combinant-ho amb detecció òptica.La part final d'aquesta tesi s'enfoca a millorar la manipulació de les dinàmiques d'espín nuclear mitjançant mètodes avançats que asseguren un control de l'espín selectiu, eficient, exacte i a prova d'errors. Els camps ultra baixos tenen atributs únics que fan que fins i tot les tècniques bàsiques com els polsos ressonants selectius d'espín siguin difícils d'implementar. Per resoldre això, s'han desenvolupat nous conceptes que permeten el control efectiu de l'espín en el rang de camps ultra baixos similars o fins i tot millors que les contraparts de camps alts. L'eficàcia d'aquestes seqüències de polsos millorades es demostra amb experiments de desacoblament dinàmic, polarimetria i filtratge espectral.

Tribunal:
     PRESIDENT: TAVAKOLI, ARMIN
     SECRETARI: LEWENSTEIN, MACIEJ
     VOCAL: VENKATESH, VILASINI
Resum de tesi: Entendre les relacions de causa i efecte darrere de les correlacions observades és central per a la nostra manera de raonar i interactuar amb el món. Les relacions de causa i efecte ens ajuden a donar sentit als patrons que observem i predir quines intervencions en la naturalesa podrien portar a un resultat desitjat. Aquests patrons es poden emmarcar matemàticament com la distribució de probabilitat conjunta d'un conjunt de variables aleatòries clàssiques que capturen informació recollida de l'entorn. Aquesta informació pot variar des de dades abstractes, com estadístiques de respostes d'enquestes, fins a esdeveniments físics, com la probabilitat d'activar un fotodetector. Una pregunta fonamental és la de la compatibilitat causal: Són les correlacions observades compatibles amb una explicació causal donada? Una explicació causal pot expressar-se en termes de models causals, els quals poden ser estudiats sistemàticament amb les eines proporcionades pel camp de la inferència causal. Els models causals consisteixen en variables aleatòries observables amb distribucions de probabilitat conegudes i variables latents amb distribucions desconegudes que, juntes, expliquen les correlacions observades a través d'influències causals, és a dir, relacions funcionals entre els valors d'aquestes variables. La teoria quàntica, una de les teories més precises a nivell fonamental, és inherentment probabilística. Per tant, els resultats de les mesures es representen com a variables aleatòries. Això porta naturalment a l'anàlisi causal: Quines relacions de causa i efecte poden explicar els resultats obtinguts en un experiment quàntic? Un dels experiments quàntics més simples és aquell en què dos laboratoris distants realitzen mesures triades independentment i separades espacialment sobre un estat quàntic compartit. El 1964, John Bell va demostrar que en aquest experiment la teoria quàntica prediu correlacions que desafien qualsevol explicació clàssica en termes de causes comunes. Aquest resultat és conegut com el Teorema de Bell, i el fenomen com no localitat de Bell. Aquesta tesi té com a objectiu caracteritzar operacionalment les diferències fonamentals entre les teories clàssiques i quàntiques dins d'escenaris causals més enllà de l'escenari de causa comuna de Bell. Aquest enteniment eventualment pot ajudar a integrar fenòmens quàntics en un marc de causalitat coherent i conceptualment clar. Per assolir aquest objectiu, explorem com els models causals clàssics i quàntics divergeixen en tasques operacionals en escenaris causals específics. Ens centrem en escenaris simples que van més enllà dels de Bell, mentre busquem descobrir noves formes d'avantatge quàntic que són fonamentalment diferents de la no localitat de Bell tradicional. El nostre objectiu és vincular aquestes noves formes d'avantatge quàntic amb diferents propietats no clàssiques de la teoria quàntica i estudiar les seves aplicacions potencials. Un component crític d'aquesta investigació és provar la compatibilitat causal de correlacions específiques amb un model causal donat. Així doncs, una part important d'aquesta tesi està dedicada a expandir i refinar l'abast dels mètodes actuals per provar la compatibilitat causal.

Tribunal:
     PRESIDENT: COELHO MESQUITA, RICKSON
     SECRETARI: CAMPELO AUBARELL, FELIX
     VOCAL: GOROSTIZA LANGA, PAU
Resum de tesi: El cervell és un òrgan crucial que controla totes les funcions del cos. La teva salut està influenciada per múltiples factors, i qualsevol anormalitat pot afectar negativament el seu bon funcionament, provocant condicions patològiques. Així, s'han desenvolupat eines i tècniques per explorar la seva estructura i funcions. A causa de la complexitat del cervell, el seu estudi comprèn un camp divers d'investigació. Aquest treball doctoral es basa en una categoria particular que se centra en el desenvolupament i l'ús d'eines de neuromonitorització per visualitzar la seva activitat i estat.La imatge òptica és una metodologia de neuromonitorització robusta i en creixement que inclou una sèrie de tècniques que controlen l'activitat cerebral mitjançant el seguiment de l'hemodinàmica cerebral, que se sap que forma una estreta relació amb l'activitat neuronal a causa de l'"acoblament neurovascular". L'objectiu principal d'aquest estudi doctoral és desenvolupar noves modalitats de neuroimatge multimodal per explorar les activitats complexes que es produeixen dins del cervell. L'acoblament neurovascular és un concepte fonamental en neurociència, i aquest vincle s'ha d'entendre completament per interpretar l'estat del cervell durant la salut o la patologia. En aquest estudi doctoral, la investigació de l'acoblament neurovascular es va dur a terme durant un estat cerebral específic en el qual predomina l'activitat d'ona lenta a l'escorça cerebral, que s'observa durant el son de moviment ocular no repetitiu o l'anestèsia profunda. Aquesta activitat cortical està relacionada amb les funcions vitals del cervell per mantenir la seva salut, i la seva interrupció porta a patologies relacionades amb el son i la cognició.En aquest estudi doctoral, es va investigar l'activitat cortical d'ones lentes monitoritzant simultàniament l'activitat neuronal i l'hemodinàmica, mitjançant la construcció d'una plataforma formada per electrofisiologia sincronitzada i sistemes d'imatge òptica per a experiments amb rosegadors. L'avaluació espacial i temporal de la relació neurovascular es va dur a terme durant l'estat cortical espontani no alterat durant l'activitat d'ona lenta i durant l'estat pertorbat externament. Durant ambdós estats es van observar períodes d'activació neuronal d'aquesta activitat que van donar lloc a un augment del flux sanguini cerebral, i aquesta resposta es va quantificar amb detall. A més, es va representar la funció de resposta hemodinàmica per a una millor comprensió. Tingueu en compte que tant l'electrofisiologia com la imatge òptica van poder controlar simultàniament l'activitat cerebral en múltiples ubicacions corticals a través d'una gran regió cerebral que va ajudar a les comparacions espacials.A més d'aquest projecte, aquest estudi doctoral també ha implicat el desenvolupament d'un sistema tomogràfic híbrid que permet la monitorització simultània tant del flux sanguini cerebral com de l'oxigenació sanguínia cerebral com una combinació de tomografia òptica de contrast de speckle d'alta densitat (HD-SCOT) i d'alta densitat sistemes de tomografia òptica difusa (HD-DOT). Aquest dispositiu de tomografia òptica i tomografia d'òptica difusa de contrast de speckle d'alta densitat (HD-SCOT/DOT) es va desenvolupar per explorar l'activitat cerebral i abordar funcions cerebrals complexes relacionades amb la unitat neurovascular en estudis preclínics en rosegadors. Es tracta d'un dispositiu nou, i el seu desenvolupament durant aquest estudi doctoral va incloure totes les tasques relacionades que van des de la construcció de la seva instrumentació fins al desenvolupament de la interfície usuari-dispositiu, així com la prova de la seva funcionalitat mitjançant experiments amb fantasmes líquids que imiten teixits i experiments amb rosegadors. Aquest dispositiu té el potencial de ser utilitzat en futurs estudis centrats en la investigació del metabolisme de l'oxigen al cervell.

Tribunal:
     PRESIDENT: PICAUD, SERGE
     SECRETARI: KRIEG, MICHAEL
     VOCAL: ACCANTO, NICOLÒ
Resum de tesi: L’estudi de com restablir la visió és fonamental per fer front a les malalties degeneratives que causen ceguera. Amb més de 230 milions de persones afectades arreu del món per pèrdua de visió, i una estimació d'augment de 38 a 115 milions per a 2050, la urgència de trobar tractaments efectius és més que evident. Actualment no existeix cura però s'estan investigant diverses aproximacions per restaurar artificialment la visió en aquests pacients. Aquestes inclouen teràpies gèniques i cel·lulars que s'orienten en reconstituir el teixit malalt, així com mètodes com l'optogenètica i les pròtesis per modular l'activitat neuronal reemplaçant la disfunció. Comprenent i manipulant l'activitat neuronal, els científics aspirem a restablir la visió o enlentir els processos de degeneració. Entre els resultats d'aquesta tesi en destaquen els progressos en quatre àrees de recerca per restablir la visió. Al Capítol 2a s’explora un nou tipus d’implant retinal format per microelèctrodes de grafè. També es detalla un protocol per mesurar les dinàmiques de calci en explants de retina, facilitant futurs estudis que combinin estimulació elèctrica amb tècniques òptiques. El Capítol 2b es centra en l'adaptació d'un oftalmoscopi per captar imatges en viu, amb resolució cel·lular per estudiar la retina de models murins, amb l'objectiu d'establir les bases per a futures implementacions per monitorar la funcionalitat de la pròtesis un cop implantada. El Capítol 3 s'endinsa en el potencial dels organoids retinals derivats de cèl·lules mare de pacients per a la investigació de les retinopaties. Utilitzant tècniques d'imatge avançades, hem observat amb èxit la formació de tipus cel·lulars retinals distintius dins dels organoids i hem identificat diferències en les dinàmiques del calci entre models d’organoids provinent de voluntaris sans i pacients malalts. El Capítol 4 proposa una nova tècnica basada en l'excitació amb tres fotons per controlar l’activitat neural amb drogues fotoestimulables, en més profunditat i amb major precisió que els mètodes tradicionals. En conjunt, aquests avenços en el disseny d'implants retinals, el monitoratge in vivo de la retina, l'estudi del potencial dels organoids com a nous models derivats de pacients, i el desenvolupament de tècniques no invasives d’estimulació cerebral mitjançant tres fotons, obren el camí per al desenvolupament futur de teràpies més efectives per a restablir la visió.

Tribunal:
     PRESIDENT: WEITZ, THOMAS
     SECRETARI: RUBIO VERDÚ, CARMEN
     VOCAL: RIBEIRO PALAU, REBECA LISSETTE
Resum de tesi: L'any 2018, seguint una predicció teòrica de 2011, es va descobrir que apilar dues capes de grafè amb un angle relatiu de 1.1° entre elles, condueix a múltiples propietats noves. A aquest anomenat angle màgic, l'estructura de bandes electròniques del material es reconstrueix, creant una estreta banda plana en el nivell de Fermi. La formació d'una banda plana poten\c{c}a les interaccions electròniques, donant lloc a l'emergència d'estats de la matèria no presents a les capes originals de grafè, incloent aïllants correlacionats, superconductivitat, ferromagnetisme i estats topològics no triviales. La comprensió de l'origen d'aquests estats correlacionats podria ajudar a desxifrar la física de sistemes amb bandes planes altament correlacionades, la qual cosa podria proporcionar importants desenvolupaments tecnològics.L'objectiu principal d'aquesta tesi és estudiar el grafè girat a l'angle màgic (MATBG, per les seves sigles en anglès) mitjançant la creació d'unions de Josephson monolítiques definides per portes elèctriques. Aprofitant el ric espai de fase del material, podem crear una unió de Josephson ajustant de manera independent el superconductor i l'estat de la connexió feble. Estudiar l'efecte Josephson és un primer pas cap a la comprensió de propietats fonamentals d'un superconductor, com el seu paràmetre d'ordre.En primer lloc, hem optimitzat la fabricació d'aquestes unions definides per portes elèctriques creades amb materials de van der Waals. Hem creat dispositius de MATBG encapsulats en hBN amb doble porta de grafit, on la porta superior es divideix en dues parts mitjançant tècniques de nanolitografia. D'aquesta manera, es poden controlar de manera independent les tres regions de la unió de Josephson (superconductor, connexió feble i superconductor). Posteriorment, hem estudiat les unions de Josephson definides per portes mitjançant tècniques de transport a baixa temperatura. Després de demostrar l'efecte Josephson en els dispositius fabricats, ens centrem en el comportament detallat d'una d'aquestes unions.Hem observat un comportament no convencional quan la connexió feble de la unió es col·loca a prop de l'aïllant correlacionat a mig omplert de la banda plana de forats. Hem observat un patró de Fraunhofer amb un desplaçament de fase i una pronunciada histèriesi magnètica, característica de les unions de Josephson magnètiques. Per comprendre l'origen dels senyals, hem realitzat una anàlisi de Fourier de la distribució de corrent crítica, així com un càlcul d'enllaç fort d'una unió de Josephson en MATBG. Els nostres càlculs teòrics amb un estat polaritzat en una vall com a connexió feble poden explicar les principals característiques observades a l'experiment. Finalment, la combinació de la magnetització i el seu canvi de magnetització induït per corrent, ens ha permès realitzar un diode superconductor programable a zero camp magnètic.Finalment, hem demostrat la flexibilitat d'aquests dispositius en estudiar una unió p-n de MATBG sota il·luminació. Hem estudiat la dinàmica de relaxació d'electrons calents mitjançant mesures de fotovoltatge en temps i freqüència. Les mesures han revelat un refredament ultra ràpid en MATBG en comparació amb el grafè bicapa de tipus Bernal a baixes temperatures. Aquest ràpid refredament al MATBG es pot explicar per la presència del patró de moiré i la corresponent minizona de Brillouin.En resum, hem demostrat que integrant diversos estats de MATBG dins d'un sol dispositiu, podem obtenir una comprensió més profunda de les propietats del sistema i podem dissenyar estructures híbrides innovadores i complexes, com unions de Josephson magnètiques i diodes superconductors.

Tribunal:
     PRESIDENT: SANTOS SANCHEZ, LUIS
     SECRETARI: CHANG, DARRICK
     VOCAL: HAUKE, PHILIPP HANS-JÜRGEN
Resum de tesi: En els darrers anys, l'evolució de les tecnologies quàntiques ha resultat en un control sense precedents sobre les partícules quàntiques individuals i sistemes de moltes partícules. Aquest progrés ha donat lloc a una nova era, marcada per la convergència de metodologies clàssiques i quàntiques per investigar qüestions fonamentals sobre la natura de la matèria quàntica, millorant la nostra comprensió del paper de l'entrellaçament en els sistemes d'estat sòlid o dels mecanismes darrere de la física d'altes energies. Des dels simuladors quàntics analògics fins als ordinadors quàntics digitals, aquestes avenços tenen potencial en diversos àmbits. Aquesta tesi explora la interacció entre mètodes clàssics i quàntics per entendre les fases topològiques de la matèria. Ens centrem en tres direccions concretes: l'estudi dels superconductors topològics no convencionals, les fases topològiques induïdes per interaccions en simuladors quàntics d'àtoms ultrafreds i les aplicacions d'algoritmes quàntics variacionals. Cada trajectòria es basa en la combinació de diferents tècniques amb l'objectiu de comprendre i caracteritzar fenòmens topològics en diferents contextos.La investigació dels superconductors topològics no convencionals implica estendre el model paradigmàtic de la cadena de Kitaev incorporant termes addicionals al Hamiltonià, com ara interaccions a llarg abast i potencials quasi-periòdics. Això és rellevant per comprendre millor l'impacte de les condicions del món real en les propietats topològiques i de localització dels sistemes que alberguen modes Majorana no locals, candidats prometedors per a la computació quàntica topològica. En el camp de sistemes amb interaccions, explorem la realització de fases topològiques induïdes per interaccions en sistemes d'àtoms ultrafreds en retícules òptiques, tant en una com en dues dimensions. El control i la versatilitat d'aquestes plataformes permeten simular models topològics teòrics i física fortament correlacionada. La relació entre les interaccions i la topologia pot donar lloc a fenòmens intrigants, com ara càrregues fraccionàries delocalitzades i fases topològiques que no son aïllants i que desafien la intuïció existent. Fem servir mètodes numèrics avançats basats en xarxes tensorials per avaluar propostes experimentals que proporcionen mitjans per a la realització i detecció de noves fases de la matèria, incolent punts crítics quàntics topològics i un aïllant Peierls topològic d'ordre superior en models de Bose-Hubbard amb interaccions a llarg abast.Els algoritmes quàntics variacionals, d'altra banda, tenen el potencial d'abordar eficientment una àmplia gamma de problemes, incloent-hi la cerca d'estats fonamentals, la classificació de fases o l'accés a invariants topològics. Malgrat les limitacions actuals en termes de capacitat d'entrenament i escalabilitat, aquests algoritmes híbrids clàssics-quàntics ofereixen una percepció pràctica sobre les capacitats actuals dels ordinadors quàntics i poden inspirar arquitectures futures. Investiguem l'aplicació d'algoritmes quàntics variacionals per aportar llum als fenòmens topològics, plantejant preguntes sobre la seva capacitat per discernir transicions de fase topològiques i calcular invariants topològics en situacions on els enfocaments clàssics fallen.Aquesta tesi presenta una exploració completa de diversos enfocaments a la matèria quàntica topològica, aprofundint en les tecnologies quàntiques. Els nostres resultats no només avancen en la comprensió d'aquests sistemes, sinó que també obren el camí cap a la realització i el descobriment de nova física que s'estén cap al processament d'informació quàntica, la ciència dels materials i més enllà.

Tribunal:
     PRESIDENT: MANNELLI, ILARIA
     SECRETARI: GARCÍA DE ARQUER, FRANCISCO PELAYO
     VOCAL: ST CLAIR, TODD PARRISH
Resum de tesi: Les propietats dels materials ultratins presenten oportunitats interessants per desenvolupar superfícies multifuncionals. A més, l'ús de plàstic i vidre fi com a substrats transparents té el potencial d'estendre l'ús de materials ultrafins més enllà dels substrats convencionals i proporcionar avenços vitals a les tecnologies existents i emergents en una àmplia gamma de sectors. Un dels principals reptes als quals s'enfronten els substrats transparents de nova generació és la finestra de processament de temperatura substancialment reduïda que no és compatible amb els materials que requereixen altes temperatures de fabricació. Aquesta tesi descriu el desenvolupament de tècniques de fabricació per obtenir materials ultrafins en substrats transparents de baix pressupost tèrmic per crear superfícies amb funcionalitats òptiques i biològiques avançades. Més concretament, aquesta tesi descriu:• Una nova tècnica de transferència de baixa temperatura en substrats flexibles per a materials ultraprims com el grafè, MoS2 i metalls nanoestructurats que anteriorment es conreaven a una temperatura molt més alta. La universalitat del mètode estén l'ús d'aquests materials ultratins a una àmplia gamma de substrats tecnològicament rellevants com el vidre de coberta per a mòduls de visualització i substrats polimèrics per a la propera generació electrònica plegable i doblegable.• Un nou enfocament per augmentar de forma natural la conductivitat elèctrica de superfícies transparents basades en el grafè, sense necessitat de posttractament, portes elèctriques o altes temperatures. En particular, el mètode aconsegueix una conductivitat de magnitud comparable o més gran que el que s'informa en estudis anteriors. A més, l'augment de la conductivitat elèctrica es realitza simplement mitjançant l'ús d'un substrat intercanviat d'ions, un substrat de vidre transparent tecnològicament rellevant que s'utilitza àmpliament en pantalles tàctils (p. ex. telèfons intel·ligents).• Una tècnica de dewetting de metall de baixa temperatura per obtenir recobriments nanoestructurats antimicrobians transparents en un substrat de vidre de coberta per mòduls de visualització. La durabilitat dels recobriments es va avaluar en condicions dissenyades per simular casos d'ús del món real com ara pantalles tàctils capacitives. Els resultats mostren que els recobriments eren capaços de retenir substancialment les propietats òptiques del substrat subjacent, com ara la boirina, el color neutre i la transmissió de llum visible, així com retenir les propietats antimicrobianes després de contacte repetit amb objectes externs com, per exemple, quan es cableja amb una tovallola o un drap, o tocar amb els dits humans.Els resultats d'aquesta tesi demostren l'aplicació de materials ultraprims i nanoestructurats, com el grafè i els metalls nanoestructurats en una àmplia gamma de substrats transparents tecnològicament rellevants, per mètodes que són industrialment escalables i compatibles amb el processament de baixes temperatures. Al mateix temps, les superfícies estan dissenyades amb funcionalitats òptiques i biològiques avançades que són rellevants per a aplicacions com elèctrodes transparents i recobriments antimicrobians.

Tribunal:
     PRESIDENT: TORRONTEGUI MUÑOZ, ERIK
     SECRETARI: ACÍN DAL MASCHIO, ANTONIO
     VOCAL: TOMZA, MICHAL
Resum de tesi: En aquesta tesi, m'he centrat en la presentació d'eines per quantificar el rendiment dels algorismes de computació quàntica i les seves aplicacions. L'enfocament principal és en dues de les àrees d'aplicació més populars de la computació quàntica, l'aprenentatge automàtic quàntic i la química quàntica. Per a això, analitzo les propietats dels models d'aprenentatge automàtic quàntic seguint tècniques estadístiques, que poden ajudar-nos a construir el nostre coneixement sobre les capacitats d'aquests models quàntics. A més, introdueixo l'esquema mestre-alumne com a eina computacional per avaluar el rendiment de diferents models quàntics i les seves capacitats de formació. Fins que estigui disponible una avaluació a gran escala, aquestes eines ens poden ajudar a comprendre el potencial de l'aprenentatge automàtic quàntic i guiar la recerca en la direcció correcta. A continuació, en els últims anys s'ha dedicat un esforç substancial al desenvolupament d'algorismes quàntics per a aplicacions de química quàntica. Presento eines per avaluar la utilitat de diverses combinacions d'algorismes de química quàntica. Realitzo simulacions numèriques extenses en sistemes de mida intermèdia computacionalment assequibles per explorar com els mètodes quàntics poden accelerar tasques de química quàntica. Aquestes obres estableixen una base des de la qual explorar més els requisits per aconseguir avantatge quàntic en la química quàntica. Finalment, discuteixo com la recerca en computació quàntica ha tendit a caure en un dels dos camps: la computació quàntica d'escala intermèdia a curt termini (NISQ) i la computació quàntica tolerant a falles (FTQC). Mitjançant una aplicació de química quàntica, exploro com utilitzar ordinadors quàntics en la transició entre aquestes dues èpoques, coneguda com el règim de computació quàntica tolerant a falles inicial (EFTQC).

Tribunal:
     PRESIDENT: FELIX PEREIRA, SILVANIA
     SECRETARI: ARTIGAS GARCIA, DAVID
     VOCAL: VOGL, ULRICH
Resum de tesi: A mesura que el món avança cap a tecnologies i dispositius cada vegada més miniaturitzats i complexos, la necessitat d'eines d'imatge i metrologia per a la caracterització precisa de materials i el control del procés de fabricació està augmentant en conseqüència. Per a estructures i mostres altament transparents i ultrafines (per exemple, recobriments òptics, estructures litogràfiques o cèl·lules biològiques), les tècniques d'imatge basades en la intensitat es queden curtes a causa del contrast insuficient, així com per no proporcionar informació quantitativa.Per superar aquestes limitacions, ha sorgit el camp de la imatge de fase, basat en la superposició i la interferència de la llum. Per tal de crear contrast d'imatge, les imatges de fase no aprofiten els canvis d'intensitat, sinó més aviat, com el seu nom indica, els canvis en la fase de l'ona electromagnètica. Amb una llarga trajectòria, i premis Nobel atorgats el 1953 al "microscopi de contrast en fase" de Zernike i 1971 als mètodes hologràfics de Gabor, el camp ha evolucionat a "imatge de fase quantitativa" (QPI, de l’anglès “quantitative phase imaging”), utilitzant mètodes i configuracions sofisticats per controlar i manipular l'estat de la llum per tal de recuperar la informació de fase quantitativament. En aquest sentit, la categoria de tècniques de “camí comú” (“common-path” en anglès) prometen dispositius d'imatge adaptables, compactes, robustos ieconòmiques, que permeten l'ús en aplicacions industrials fora d'un entorn de laboratori ben controlat.En aquesta tesi, descriurem el desenvolupament i les innovacions tecnològiques d'una plataforma d'imatge de fase “common-path” basada en la tecnologia “lateral-shearing interferometric microscopy” (LIM). Implementarem i adaptarem la plataforma a diverses configuracions òptiques, per exemple, la generació d’imatges d’una área gran sense l’ús de lents i la generació imatges microscòpiques d'alta resolució. També demostrarem el rendiment i la versatilitat de la plataforma explorant diferents aplicacions, amb un enfocament a la ciència de materials i la fabricació.En concret, realitzarem imatges volumètriques dels canvis més petits de l'índex de refracció (RI, de l’anglès “refractive index”) escrits per làser de femtosegon dins del vidre. A continuació, es caracteritzará pel·lícules semitransparents d'or ultrafina, utilitzant imatges multiespectrals d'intensitat i fase, que ens permetran determinar el RI complex de pel·lícules amb diferent gruix. Per últim, aplicarem la plataforma a la imatge de graus de curat i canvis RI en fotopolímers, com els que s'utilitzen en impressió 3D basada en resina. Altres aplicacions de la plataforma podrien incloure metrologia de superfície, imatges de materials 2D, així com imatges quantitatives de fase per a aplicacions en biologia i en imatge cel·lular, amb la possibilitat d'integrar tota la plataforma en un complement compacte que es podria afegir a qualsevol microscopi comercial.En resum, aquesta tesi posarà de manifest el significatiu potencial de la imatge en fase tant en entorns de recerca com industrials, possible gràcies a la compacta plataforma d'imatge en fase proposada. El treball construeix les bases per a futures innovacions i desenvolupaments amb un impacte potencialment durador en la indústria de la fotònica.

Tribunal:
     PRESIDENT: SCHRECK, FLORIAN EBERHARD
     SECRETARI: DE RIEDMATTEN, HUGUES
     VOCAL: WEITENBERG, CHRISTOF
Resum de tesi: El desenvolupament dels microscopis de gasos quàntics ha revolucionat el camp de la simulació quàntica amb àtoms ultrafreds. Més concretament, la capacitat d'observar i manipular gasos quàntics degenerats en xarxes òptiques a nivell d'una sola partícula ha aportat noves maneres d'explorar i dissenyar sistemes quàntics de molts cossos. Fins ara, la majoria d'aquests sistemes s'han centrat en els àtoms alcalins. La combinació de la microscòpia de gasos quàntics amb les propietats dels àtoms alcalinoterris, com l'estronci, dona lloc a interessants línies de recerca. En aquesta tesi, informem sobre el disseny i construcció d'un microscopi de gasos quàntics d'estronci. Els resultats d'aquesta tesi es poden dividir en tres parts. A la primera part, ens centrem en l'acumulació d'àtoms a la cel·la científica i desenvolupem una estratègia per augmentar el nombre d'àtoms en trampes magneto-òptiques d'àtoms d'estronci que operen en la transició de 461 nm. Aquesta estratègia pobla ressonantment un estat reservori de curta vida, blindant parcialment el núvol atòmic de les pèrdues al cicle de refredament. Demostrem un augment en un factor 2 en el nombre d'àtoms per als isòtops bosònics Sr-88 i Sr-84, i l'isòtop fermiònic Sr-87, mostrant la captura eficient d'aquests isòtops al nostre experiment. La nostra tècnic es pot implementar fàcilment a la majoria dels experiments amb estronci, atès que la transició de blindatge s'utilitza habitualment per al refredament posterior. En el nostre cas, l'estratègia de blindatge facilita la generació de condensats de Bose-Einstein. La segona part de la tesi presenta la generació de gasos quàntics degenerats de fins a 200000 àtoms. Després de resumir els passos de refredament necessaris, estudiem la formació de condensats de Bose-Einstein durant el refredament evaporatiu al nostre experiment. L'anàlisi de l'evolució de la mida horitzontal i vertical dels nostres núvols quàntics en caiguda lliure condueix a la característica expansió asimètrica que comparem amb la teoria per als nostres paràmetres experimentals. També mostrem la generació de condensats de Bose-Einstein més petits de menys de 20000 àtoms amb l'ajuda d'un potencial de fulla de llum. Amb aquest confinament altament anisòtrop podem considerar els nostres condensats de Bose-Einstein bidimensionals per a números d'àtoms de l'ordre de 1000. A la tercera part demostrem l'obtenció d'imatges amb resolució d'un sol node d'un gas quàntic bosònic de Sr-84 en un potencial de xarxa òptica en règim de Hubbard. Confinem el gas quàntic mitjançant una xarxa òptica bidimensional i el potencial de fulla de llum abans esmentat, tots dos operant a la longitud d'ona màgica del rellotge d'estronci. Un objectiu d'imatge d'alta obertura numèrica permet obtenir imatges de fluorescència amb una resolució de resoltes en un sol àtom i un sol node mitjançant la dispersió de fotons a l'àmplia transició de 461 nm de l'estronci, alhora que es realitza un refredament eficaç de Sísif atractiu dels àtoms en una transició més estreta. Reconstruïm l'ocupació atòmica dels nodes de la xarxa a partir de les imatges de fluorescència, obtenint fidelitats d'imatge superiors al 94%. Finalment, realitzem un superfluid de Sr-84 al règim de Bose-Hubbard i observem el seu patró d'interferència característic després de l'expansió lliure al full de llum amb resolució d'un sol àtom. El nostre microscopi de gasos quàntics d'estronci proporciona una nova plataforma per estudiar models Hubbard dissipatius i efectes cooperatius en la interacció àtom-llum a nivell microscòpic. A més, la capacitat de capturar també l'isòtop fermiònic Sr-87 aplana el camí per generar gasos de Fermi degenerats amb simetria SU(N) i estudiar el magnetisme quàntic SU(N).

Tribunal:
     PRESIDENT: MIHI, AGUSTIN
     SECRETARI: GARCÍA DE ARQUER, FRANCISCO PELAYO
     VOCAL: DI STASIO, FRANCESCO
Resum de tesi: Els termistors, principalment formats per VOx, a-Si i Si/Se QWs, constitueixen un dels elements principals de la tecnologia bolomètrica, crucial en el camp de la detecció tèrmica sense refredament aplicada en termografia, inspecció industrial, monitoratge i vigilància. El seu creixement constant requereix la investigació de nous materials i la millora contínua de les estratègies de desenvolupament dels dispositius. Recentment, la comunitat científica, avalada pel premi Nobel de Química, ha reconegut l’ús de punts quàntics en dispersió col·loidal (CQDs) com una tecnologia rupturista. Les seves propietats variables han portat a la creació de dispositius innovadors com ara fotodetectors, cel·les solars i làsers. Addicionalment, el brot de COVID-19 ha realçat la necessitat urgent de disposar de dispositius de detecció tèrmica compactes i econòmics, emfatitzant la importància dels detectors tèrmics sense refredament per al benestar de la humanitat. Aquesta tesi investiga l’ús de CQDs com a nous materials per a bolòmetres d’infrarojos (IR). Les pel·lícules formades amb CQD de diferents mides van ser examinades pel seu comportament depenent de la temperatura, revelant una dependència entre la mida dels CQDs i la resistivitat i el coeficient tèrmic de resistència (TCR) i exhibint una pujada abrupta d’aquests paràmetres en els QDs més petits (<4.5 nm). Els dispositius de geometria lateral preparats van mostrar valors de TCR > 4 %/K, però amb valors de resistivitat (resistència) alts > MΩ (< GΩ). Per modular eficientment l’energia d’activació (Ea) i el TCR es va dissenyar una estructura formada a partir de pel·lícules amb QD de diferents mides apilades alternativament unes sobre altres, anomenada estructura QPBT, per actuar com a barrera de potencial. Aquesta configuració va permetre la modulació precisa del panorama d'energia potencial dels transportadors de càrrega. S’ha descobert que diversos paràmetres geomètrics com ara l'altura, l'amplada i el nombre de capes de barrera afecten el seu rendiment. Aquesta estructura també ajuda en la mitigació de la resistència de píxel alta amb la geometria lateral. Per l’absorció d’IR s’ha desenvolupat un absorbent metamaterial plasmònic de tipus metall-aïllant-metall (MIM-PMA) emprant els QDs com a separadors dielèctric de l’estructura. S'han estudiat dos tipus de geometries absorbents i s'han presentat simulacions basades en FDTD juntament amb els resultats de les estructures fabricades. El primer tipus de geometria utilitza un tipus de QD com a capa dielèctrica i està dissenyat per ajustar-se sobre l'estructura QPBT per realitzar la conversió de llum a calor a través de la ressonància plasmònica. La segona geometria utilitza l'estructura QPBT mateixa com a capa dielèctrica i, per tant, integra les estructures absorbents i termistores per simplificar el procés de fabricació, a més a més d’aportar altres avantatges distintius. Altrament, s'ha demostrat la integració de les estructures QPBT i MA. La facilitat d'integrar components basats en CQDs va permetre la fabricació de dispositius totalment funcionals. Els dispositius van mostrar una resposta ràpida amb un temps de resposta d'aproximadament ~4 ms i una detectivitat màxima d'aproximadament ~104 Jones. Tot i que els dispositius van presentar una detectivitat més baixa que els bolòmetres comercials, es preveu una millora en el rendiment del dispositiu mitjançant una optimització addicional de la geometria del dispositiu. En resum, aquesta tesi explora la idoneïtat dels QDs per a la tecnologia bolomètrica, establint les bases per expandir els horitzons de la tecnologia QD. Aquest estudi contribueix en el continu progrés i millora dels dispositius d’escaneig d’IR sense refredament i aplana el camí al desenvolupament de la tecnologia bolomètrica d’IR de baix cost i l’ampliació de la seva divulgació.

Tribunal:
     PRESIDENT: DÜRR, STEPHAN CLAUS
     SECRETARI: CHANG, DARRICK
     VOCAL: ADAMS, CHARLES STUART
Resum de tesi: Els fotons han sorgit com els principals candidats per transportar informació quàntica a causa de la seva feble interacció amb el medi ambient. Malauradament, la seva interacció limitada entre ells planteja reptes per al processament de la informació quàntica fotònica. Una de les possibles solucions rau en el comportament únic de les excitacions de Rydberg interactuants en conjunts atòmics freds, on les fortes no linealitats permeten interaccions d'enginyeria entre fotons individuals. Aquest fenomen fa que els conjunts de Rydberg siguin una plataforma prometedora per a aplicacions d'informació quàntica, especialment en la comunicació quàntica de llarga distància. Aquesta tesi presenta una sèrie d'experiments que exploren i exploten les interaccions mediades per Rydberg, tots amb l'objectiu a llarg termini de construir un repetidor quàntic eficient. La tesi comença amb una visió general concisa de la teoria de Rydberg i la física de conjunts atòmics. Tot seguit s'explica la configuració experimental. Parlo de com, a partir d'una configuració existent anteriorment, hem millorat l'estabilitat i les propietats espectrals del nostre sistema làser, juntament amb la millora de la qualitat del conjunt atòmic. La secció introductòria de la tesi conclou amb una descripció de dos mètodes diferents de generació de fotons únics i una revisió en profunditat de diversos mecanismes de decoherència que afecten les excitacions del conjunt de Rydberg. El rendiment de la generació de fotons únics s'ha millorat amb les modificacions implementades a la configuració, donant lloc a taxes de generació més altes i una millor puresa dels fotons únics. Amb el suport de dades experimentals i una anàlisi acurada dels paràmetres experimentals, identifiquem les fonts més probables de decoherència significativa i proposem estratègies potencials per a la seua mitigació. En el nostre experiment inicial, aconseguim l'emmagatzematge i la posterior recuperació dels fotons únics sota demanda. Aquest fotó es genera mitjançant l'excitació col·lectiva dels estats de Rydberg en un conjunt atòmic fred i s'emmagatzema en una memòria quàntica de Raman de baix soroll situada en un altre conjunt atòmic fred. Els nostres resultats mostren la capacitat d'emmagatzemar i recuperar aquests fotons únics mantenint una alta relació senyal-soroll de fins a 26 i conservant fortes característiques antiagrupament. En el segon experiment, demostrem per primera vegada una interacció i emmagatzematge de fotons únics en un medi altament no lineal basat en àtoms freds de Rydberg. Utilitzem el protocol DLCZ en un conjunt atòmic fred per crear fotons únics, guiant-los a un altre conjunt per emmagatzemar-los en un estat de Rydberg molt excitat en condicions de transparència induïda electromagnèticament. En estudiar les estadístiques de la llum recuperada dels àtoms de Rydberg, mostrem per primera vegada el filtratge del fotó únic amb llum no clàssica d'entrada. A més, mitjançant la simulació de Monte Carlo, obtenim una comprensió intuïtiva de l'efecte del bloqueig (parcial) de Rydberg sobre la distribució d'estat de Fock dels polsos arbitraris de llum d'entrada. Això ens permet concloure que la resposta del medi està determinada per la distribució d'estat de Fock d'entrada, la qual cosa confirma la comprensió establerta de la no linealitat del conjunt de Rydberg. Els resultats presentats en aquesta tesi afirmen el potencial dels conjunts de Rydberg per convertir-se en elements centrals de futures xarxes quàntiques, tant com a fonts de fotons individuals com nodes de processament. A més, els resultats auxiliars proporcionen una comprensió addicional de la física del conjunt de Rydberg i ofereixen una visió de les limitacions que hem de superar per millorar encara més la nostra configuració.

Tribunal:
     PRESIDENT: VOLPE, GIOVANNI
     SECRETARI: ACÍN DAL MASCHIO, ANTONIO
     VOCAL: VAN NIEUWENBURG, EVERT
Resum de tesi: La integració de la intel·ligència artificial a la recerca accelera el progrés cap a nous descobriments en tot l’'àmbit científic. Les eines d’'intel·ligència artificial contribueixen al desenvolupament de noves teories i coneixements processant grans quantitats de dades, guiant l’'exploració i la formulació d'’hipòtesis, millorant els experiments i, fins i tot, fent possible descobriments automàtics. En aquesta tesi, aprofitem el poder de l’'aprenentatge automàtic (“"machine learning”"), un camp de la intel·ligència artificial, per estudiar sistemes no-deterministes, que es troben entre els més difícils de caracteritzar.Per una banda, tractem problemes inherents a l’'estudi de sistemes quàntics i del desenvolupament de noves tecnologies quàntiques. La física quàntica planteja reptes formidables derivats de la complexitat exponencial amb la mida del sistema considerat, en combinació amb una naturalesa intrínsicament estocàstica i la presència de correlacions complexes entre elements del sistema. Per tractar alguns d’'aquests reptes, fem servir aprenentatge de reforç (“"reinforcement leraning”"), una tècnica de l'aprenentatge automàtic capaç d’'explorar grans espais d'’hipòtesis. Per exemple, empleant aquestes tècniques, s'’ha aconseguit superar als millors jugadors del món en jocs complexes com el Go, que presenten característiques similars a problemes emergents en l’'estudi de la quàntica. En el nostre cas, desenvolupem mètodes per simplificar problemes complexes comuns en els camps de la matèria condensada i de la informació quàntica de forma sistemàtica, i disenyem protocols robustos de cal·libració d’'ordinadors quàntics.Per l’altra banda, ens dediquem a la caracterització de processos estocàstics complexes, com és la difusió. Entendre els processos de difusió és essencial per descobrir els mecanismes físics i biològics que els governen, el que comporta l’'anàlisi de trajectòries estocàstiques descrites per partícules per tal d’extruere’n paràmetres significatius del sistema. Aquest anàlisi, però, presenta grans reptes des de l’'adquisició de les trajectòries fins al seu estudi posterior que provenen, principalment, de la combinació de la seva naturales aleatòria, amb la presència de dinàmiques complexes i altres inconvenients experimentals, com ara el soroll. Utilitzant tècniques d’aprenentatge automàtic, desenvolupem algoritmes per analitzar aquestes trajectòries i extreure’n els paràmetres d’interès acuradament, fins i tot quan aquests canvien amb el temps. Després, utilitzem aquests algoritmes per estudiar diferents experiments en sistemes biològics i, també, per estudiar les trajectòries descrites per usuaris navegant una pàgina de comerç online. En aquest últim cas, en comptes d'extreure paràmetres físics, inferim si l'usuari farà una compra abans de tancar la sessió.

Tribunal:
     PRESIDENT: KAMINER, IDO
     SECRETARI: DE RIEDMATTEN, HUGUES
     VOCAL: AHUFINGER BRETO, VERÓNICA
Resum de tesi: El començament del segle passat va ser el punt de partida de la primera revolució quàntica, un període caracteritzat per descobriments innovadors que van culminar amb l'establiment de la mecànica quàntica. Amb el pas del temps, aquests conceptes abstractes introduïts en aquesta nova branca de la física, van evolucionar cap a dispositius que s'han convertit en indispensables en el nostre dia a dia. Aquesta evolució tecnològica ha impulsat l'era en la qual vivim, centrada en l'intercanvi i l'adquisició d'informació, cimentant l'actual segona revolució quàntica. El seu objectiu és aprofitar la ciència de la informació quàntica, que utilitza les propietats de la mecànica quàntica per impulsar avanços en el processament de la informació, la comunicació i la computació, donant lloc a tecnologies quàntiques revolucionàries.Per l'avanç de les tecnologies quàntiques és primordial l'exploració dels ano-menats estats no clàssics, és a dir, manifestacions físiques que mostren comportaments diferents als predits per la física clàssica, i que requereixen la mecànica quàntica per a la seva explicació. La manipulació i generació d'aquests estats limita les capacitats de progrés de les tecnologies quàntiques. És, per tant, fonamental idear metodologies que tinguin com a objectiu generar i controlar estats no clàssics. En aquest context, el camp de la fotònica emergeix com una plataforma prometedora per la seva robustesa i excepcional maneig d'aquest tipus d'estats.En base als motius explicats anteriorment, aquesta Tesi adopta un enfocament dual. En primer lloc, ens endinsem en la generació d'estats no clàssics de la llum mitjançant processos que involucren camps intensos. Aquests processos involucren interaccions entre la llum i la matèria amb intensitats lluminoses capaces de competir amb les forces atòmiques que mantenen els electrons units als seus nuclis. El nostre anàlisi demostra la utilitat que aquests processos de camps intensos tenen sobre la generació d'estats no clàssics de la llum, els quals mostren característiques d'interès depenent dels processos particulars que tinguin lloc, així com de les característiques del material involucrat en l'excitació. En segon lloc, investiguem les limitacions i requisits de les fonts de llum generadores d'estats no clàssics, més enllà de les derivades de l'anàlisi de camps intensos, amb respecte als seus possibles avanços en el camp de la comunicació quàntica. En particular, analitzem la distribució quàntica de claus, amb l'objectiu de generar una clau secreta coneguda exclusivament per les parts comunicants per tal d'encriptar i desencriptar missatges.Així doncs, aquesta Tesi es pot entendre com un pas inicial per aprofitar la física de camps intensos com una eina potencial per a la ciència de la informació quàntica, així com una exploració sobre els avanços i limitacions de sistemes basats en la fotònica per a la criptografia quàntica.

Tribunal:
     PRESIDENT: RUBIO VERDÚ, CARMEN
     SECRETARI: GONZALEZ TUDELA, ALEJANDRO
     VOCAL: WEITENBERG, CHRISTOF
Resum de tesi: Durant les últimes tres dècades, els àtoms ultrafreds atrapats òpticament han servit com a plataforma versàtil per a l'exploració controlada de nombrosos fenòmens de matèria condensada. L'èxit de la fabricació del grafè de bicapes rotades en angle màgic (magic angle twisted bi-layer graphene, MATBG) n’ha introduït una per als físics de matèria condensada, mentre que al mateix temps planteja un nou repte per a la comunitat en simulació quàntica. Aquesta tesi es dedica a abordar aquest problemàtica dins dels seus tres capítols inicials, centrant-se principalment en la simulació de les estructures MATBG utilitzant àtoms ultrafreds.Per superar la qüestió de l'expansió de la cel·la unitària resultant de la desalineació de la rotació, en el primer capítol proposem el concepte de "twist-less twistronics ". Aquesta noció innovadora implica substituir la rotació física d'una capa per salts en l’amplitud de llum modulada entre les capes. Aquest enfocament produeix bandes quasi planes activades per l'arquitectura d'àtoms ultrafreds, un ingredient fonamental per als fenòmens col·lectius observats en MATBG, aconseguit a mides per les cel·les unitàries significativament reduïdes.El capítol inicial també presenta la configuració experimental adequada. A més, proporciona un marc teòric exhaustiu, que inclou càlculs d'unió estreta i models efectius derivats de l'anàlisi pertorbativa. El segon capítol s'aprofundeix en les propietats topològiques d'un sistema anàleg, emfatitzant la separació d'energia entre les bandes quasi planes i l'espectre resultant. Demostrem l'efecte Hall quàntic anòmal a través de diversos règims de paràmetres, acompanyats d'un diagrama de fases exhaustiu respecte als paràmetres sintonitzables.En el tercer capítol, estenem la nostra investigació per incloure interaccions atractives densitat-densitat entre els àtoms de reticles in-situ. Utilitzant l'aproximació de camp mitjà Hartree-Fock-Bogoliubov, considerem tots els canals d'interacció factibles dins/entre capes i espins. Aquest capítol pretén dilucidar la relació entre l'aplanament de banda, un paràmetre totalment controlat en el nostre sistema, i l'aparició/mida d'un buit superconductiu. Notablement, descobrim una millora substancial en la temperatura crítica (Kosterlitz-Thouless) dins del règim de banda quasi plana a ompliment d’un quart, juntament amb un diagrama exhaustiu que il·lustra els paràmetres d'ordre superconductor corresponents a cada canal d'interacció.El quart capítol marca un desviament de les simulacions de matèria condensada, aprofundint en la "informàtica quàntica de propòsit especial" dins del context de les bateries quàntiques. Aquests dispositius, anàlegs als seus homòlegs clàssics, emmagatzemen i alliberen energia sota demanda, un procés inherentment governat per la bateria hamiltoniana. El nostre treball estableix un nou marc per avaluar el rendiment quàntic de la bateria i establir límits fonamentals en dos atributs clau: potència i capacitat. Investiguem els termes hamiltonians essencials per aconseguir l'acceleració quàntica en la càrrega de la bateria.L'últim capítol, cinquè, descriu les eines teòriques, que s'han utilitzat per donar suport a la primera realització experimental del model de Bose-Hubbard ampliat amb excitons dipolars. Es discuteixen els paràmetres d'interessos i els observables importants, com ara un factor d'estructura, i es discuteix tant la diagonalització exacta com els mètodes del camp mitjà, que eren necessaris per verificar l'observació de fases fortament correlacionades per la meitat i l'ompliment i onpliment complert.

Tribunal:
     PRESIDENT: WEGMANN, SUSANNE
     SECRETARI: CAMPELO AUBARELL, FELIX
     VOCAL: OREN, MEITAL
Resum de tesi: En els darrers anys, el nostre coneixement sobre els canals iònics i els receptors que orquestren la transformació dels estímuls físics en senyals fisiològics ha experimentat un creixement notable. Es desconeix però, el mecanisme exacte pel qual l'estrès mecànic arriba als mecanosensors moleculars. Tot i que és generalment reconegut que molts canals iònics mecanosensibles responen a l'augment de tensió de la membrana plasmàtica, evidències recents destaquen el paper crític que juga el citoesquelet dins de les cèl·lules sensorials. En el marc d'aquesta tesi, vàrem abordar com els animals perceben l'estrès mecànic, en particular durant el sentit del tacte, centrant-nos en les neurones receptores del tacte del nematode Caenorhabditis elegans. Durant una dècada, s'ha postulat que les subunitats que constitueixen el porus dels canals iònics mecanoelèctrics formen una connexió amb el citoesquelet a través d'una proteïna altament conservada, coneguda com a MEC-2, la qual mostra similituds estructurals amb l'estomatina. El nostre estudi evidencia que MEC-2 s'agrega en condensats líquids que experimenten un canvi de rigidesa en el temps. Aquests condensats transicionen des d'una fase líquida, que permet el transport intracel\textperiodcentered lular al llarg de les neurones, fins a un estat sòlid que exhibeix activitat mecanoelèctrica. D'aquesta manera, aportem un nou context fisiològic rellevant en què els condensats biomoleculars modulen la seva funció durant el procés de maduració i faciliten la mecanotransducció neuronal en resposta als estímuls tàctils. Amb l'objectiu d'entendre el paper de MEC-2 en la transmissió de forces, vam desenvolupar un sensor de tensió codificat genèticament, el qual va revelar que únicament els condensats rígids, però no els líquids, són capaços de transmetre forces en un organisme. En aquest estudi, demostrem que aquesta transició no té lloc autònomament, però que és promoguda gràcies a la interacció directa d'un domini ric en prolines situat a la regió C-terminal de MEC-2 amb un domini SH3 específic d'UNC-89, una proteïna homòloga a Titin i Obscurin. Proposem que aquest canvi en rigidesa contribueix a una funció fisiològica vital, en particular, a la transmissió de forces de freqüència variable durant el tacte. En conjunt, els nostres resultats aporten una nova perspectiva sobre el paper de la transició de l'estat líquid a l'estat sòlid de MEC-2 en el reialme de la mecanotransducció. Així mateix, també presentem un nou marc conceptual per comprendre com els animals, en un sentit més ampli, perceben i responen als estressos mecànics.