Perfil de acceso

El programa de doctorado de Fotónica está dirigido a estudiantes con expedientes brillantes a nivel internacional que deseen realizar un proyecto de doctorado en alguno de los distintos ámbitos relacionados con la fotónica.

Por lo que se refiere a los perfiles de acceso, hay que tener en cuenta que la fotónica es una disciplina muy amplia y que el ICFO está formado por varios grupos de investigación que trabajan en las distintas ramas de las ciencias fotónicas. Así pues, el programa de doctorado en Fotónica está dirigido a estudiantes con perfiles de acceso muy amplio, que van desde la física hasta las ingenierías electrónica, eléctrica, de materiales y de telecomunicaciones, las matemáticas, la química, la biología, la bioingeniería y la biofísica.

Por lo que se refiere a los conocimientos de idiomas, el ICFO es un instituto de investigación con marcado carácter internacional y tiene como idioma de uso diario el inglés. Así pues, los estudiantes que accedan al programa de doctorado de Fotónica deberán tener un alto nivel de inglés tanto oral como escrito.

Por lo que se refiere a los objetivos de carrera, el programa de doctorado en Fotónica admite tanto estudiantes que persigan un futuro académico como aquellos que quieran llegar a ser futuros líderes en la transferencia de conocimientos y tecnología o en I+D dentro del entorno empresarial.

Por lo que se refiere a características personales, se busca a estudiantes con gran potencialidad, motivación y exigencia para llevar a cabo un proyecto de excelencia al máximo nivel internacional.

Perfil de salida

Al finalizar los estudios el doctorando o doctoranda habrá adquirido las siguientes competencias y habilidades, necesarias para realizar una investigación de calidad (Real Decreto 99/2011, de 28 de enero, por el que se regulan las enseñanzas oficiales de doctorado):

a) Comprensión sistemática de un campo de estudio y dominio de las habilidades y métodos de investigación relacionados con dicho campo.
b) Capacidad de concebir, diseñar o crear, poner en práctica y adoptar un proceso sustancial de investigación o creación.
c) Capacidad para contribuir a la ampliación de las fronteras del conocimiento a través de una investigación original.
d) Capacidad de realizar un análisis crítico y de evaluación y síntesis de ideas nuevas y complejas.
e) Capacidad de comunicación con la comunidad académica y científica y con la sociedad en general acerca de sus ámbitos de conocimiento en los modos e idiomas de uso habitual en su comunidad científica internacional.
f) Capacidad de fomentar, en contextos académicos y profesionales, el avance científico, tecnológico, social, artístico o cultural dentro de una sociedad basada en el conocimiento.

Asimismo, la obtención del título de Doctor debe proporcionar una alta capacitación profesional en ámbitos diversos, especialmente en aquellos que requieren creatividad e innovación. Los doctores habrán adquirido, al menos, las siguientes capacidades y destrezas personales para:

a) Desenvolverse en contextos en los que hay poca información específica.
b) Encontrar las preguntas claves que hay que responder para resolver un problema complejo.
c) Diseñar, crear, desarrollar y emprender proyectos novedosos e innovadores en su ámbito de conocimiento.
d) Trabajar tanto en equipo como de manera autónoma en un contexto internacional o multidisciplinar.
e) Integrar conocimientos, enfrentarse a la complejidad y formular juicios con información limitada.
f) La crítica y defensa intelectual de soluciones.

Para finalizar, los doctorandos y doctorandas deberán demostrar las siguientes competencias:
a) Haber adquirido conocimientos avanzados en la frontera del conocimiento y demostrado, en el contexto de la investigación científica reconocida internacionalmente, una comprensión profunda detallada y fundamentada de los aspectos teóricos y prácticos y de la metodología científica en uno o más ámbitos de investigación.
b) Haber hecho una contribución original y significativa a la investigación científica en su ámbito de conocimiento y que esta contribución haya sido reconocida como tal por la comunidad científica internacional.
c) Haber demostrado que son capaces de diseñar un proyecto de investigación con el que llevar a cabo un análisis crítico y una evaluación de situaciones imprecisas, y en el que aplicar sus contribuciones y sus conocimientos y metodología de trabajo para realizar una síntesis de ideas nuevas y complejas que produzcan un conocimiento más profundo del contexto de investigación en el que se trabaje.
d) Haber desarrollado la autonomía suficiente para iniciar, gestionar y liderar equipos y proyectos de investigación innovadores y colaboraciones científicas, nacionales o internacionales, dentro de su ámbito temático, en contextos multidisciplinares y, en su caso, con un alto componente de transferencia de conocimiento.
e) Haber mostrado que son capaces de desarrollar su actividad de investigación con responsabilidad social e integridad científica.
f) Haber demostrado dentro de su contexto científico específico que son capaces de realizar avances en aspectos culturales, sociales o tecnológicos, así como de fomentar la innovación en todos los ámbitos en una sociedad basada en el conocimiento.
g) Haber justificado que son capaces de participar en los debates científicos que se desarrollen a nivel internacional en su ámbito de conocimiento y de divulgar los resultados de su actividad de investigación a todo tipo de públicos.

Número de plazas

30

Duración de los estudios y régimen de dedicación

Duración
La duración de los estudios de doctorado a tiempo completo es de un máximo de tres años, a contar desde la admisión del doctorando o doctoranda al programa hasta la presentación de la tesis doctoral. La comisión académica del programa de doctorado puede autorizar que se lleven a cabo los estudios de doctorado a tiempo parcial. En este caso, los estudios tendrán una duración máxima de cinco años desde la admisión al programa hasta la presentación de la tesis doctoral. A efectos del cómputo de estos plazos, se considerará que el momento de admisión es la primera matrícula de tutoría y el de presentación, el momento en que la Escuela de Doctorado formalice el depósito de la tesis doctoral.

La duración mínima del doctorado es de dos años, a contar desde la admisión del doctorando o doctoranda al programa hasta el depósito de la tesis doctoral para los doctorandos y doctorandas a tiempo completo, y de cuatro años para los doctorandos y doctorandas a tiempo parcial. Se podrá solicitar la exención de este plazo a la comisión académica del programa de doctorado, previa autorización del director o directora y del tutor académico o tutora académica de la tesis, siempre que concurran motivos justificados.

A efectos del cómputo de los períodos anteriores, no se tendrán en cuenta las bajas por enfermedad, embarazo o cualquier otra causa prevista por la normativa vigente. El estudiante o la estudiante que se encuentre en cualquiera de las situaciones especificadas deberá comunicarlo a la comisión académica del programa de doctorado, que, en su caso, informará a la Escuela de Doctorado. El doctorando o doctoranda podrá solicitar la baja temporal del programa por un periodo máximo de un año, ampliable hasta un año más. La solicitud, justificada, se dirigirá a la comisión académica del programa de doctorado, que deberá resolver si se concede la baja temporal solicitada. Cada programa deberá establecer las condiciones de readmisión al doctorado.

Prórroga de los estudios
En el caso de los estudios a tiempo completo, si una vez transcurrido el plazo de tres años no se ha presentado la solicitud de depósito de la tesis doctoral, la comisión académica del programa podrá autorizar la prórroga de dicho plazo por un año más en las condiciones establecidas en el programa. En el caso de los estudios a tiempo parcial, podrá autorizarse la prórroga por dos años más. Tanto en el caso de los estudios a tiempo completo como en los estudios a tiempo parcial, excepcionalmente y a solicitud motivada de la comisión académica del programa, la Comisión Permanente de la Escuela de Doctorado podrá ampliar la prórroga por un año más adicional.

Baja del programa de doctorado
Son motivo de baja de un programa de doctorado:

• La solicitud motivada del doctorando o doctoranda de la baja del programa.
• El agotamiento del plazo máximo de permanencia y de las prórrogas correspondientes que hayan sido autorizadas.
• No haber formalizado la matrícula anual en cada curso (excepto que haya sido autorizada una baja temporal).
• Obtener dos evaluaciones consecutivas no satisfactorias.
• Tener expedientes disciplinarios con una resolución de desvinculación de la UPC.

La baja del programa implica que el doctorando o doctoranda no podrá seguir en el mismo y el cierre de su expediente académico. No obstante, podrá solicitar su readmisión a la comisión académica del programa, que, de acuerdo con los criterios establecidos en la normativa, deberá volver a valorar dicho acceso.

Organización

• Sewell, Robert

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

• Instituto de Ciencias Fotónicas (PROMOTORA)

Natalia García Tusquellas
Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO)
Av. Carl Friedrich Gauss, 3
08860 Castelldefels

Tel: 93 554 22 10
Correo electrónico: academicaffairs@icfo.eu

Convenios con otras instituciones

El ICFO tiene convenios de colaboración con un número importante de empresas, entre ellas, Leica Microsystems, Corning, Nikon-Izasa Grupo Sorigué, Accelerate Diagnostics, SL, Fyla All-Fiber Ultrafast Lasers y GRAPHENEA. También participa en redes de excelencia (Eurobioimaging, Laserlab Europe, Corbel…) y coordina varios proyectos de Graphene Flagship y Quantum Flagship dentro del programa Horizonte 2020 de la Unión Europea.

Perfil de acceso

El programa de doctorado de Fotónica está dirigido a estudiantes con expedientes brillantes a nivel internacional que deseen realizar un proyecto de doctorado en alguno de los distintos ámbitos relacionados con la fotónica.

Por lo que se refiere a los perfiles de acceso, hay que tener en cuenta que la fotónica es una disciplina muy amplia y que el ICFO está formado por varios grupos de investigación que trabajan en las distintas ramas de las ciencias fotónicas. Así pues, el programa de doctorado en Fotónica está dirigido a estudiantes con perfiles de acceso muy amplio, que van desde la física hasta las ingenierías electrónica, eléctrica, de materiales y de telecomunicaciones, las matemáticas, la química, la biología, la bioingeniería y la biofísica.

Por lo que se refiere a los conocimientos de idiomas, el ICFO es un instituto de investigación con marcado carácter internacional y tiene como idioma de uso diario el inglés. Así pues, los estudiantes que accedan al programa de doctorado de Fotónica deberán tener un alto nivel de inglés tanto oral como escrito.

Por lo que se refiere a los objetivos de carrera, el programa de doctorado en Fotónica admite tanto estudiantes que persigan un futuro académico como aquellos que quieran llegar a ser futuros líderes en la transferencia de conocimientos y tecnología o en I+D dentro del entorno empresarial.

Por lo que se refiere a características personales, se busca a estudiantes con gran potencialidad, motivación y exigencia para llevar a cabo un proyecto de excelencia al máximo nivel internacional.

Requisitos de acceso

Para el acceso a un programa oficial de doctorado será necesario estar en posesión de los títulos oficiales españoles de grado, o equivalente, y de máster universitario, o equivalente, siempre que se hayan superado, como mínimo, 300 créditos ECTS en el conjunto de estas dos enseñanzas. (Real decreto 43/2015, de 2 de febrero)

Así mismo, podrán acceder aquellas personas que se encuentran en alguno de estos otros supuestos:

• Poseer un título universitario oficial español o de otro país integrante de l’EEES que habilite para el acceso a estudios de máster, de acuerdo con lo establecido por el artículo 16 del Real Decreto 1393/2007, de 29 de octubre, por el que se establece la ordenación de las enseñanzas universitarias oficiales, y haber superado un mínimo de 300 créditos ECTS en el conjunto de estudios universitarios oficiales, de los cuales como mínimo 60 han de ser estudios de máster.
• Poseer un título oficial español de graduado o graduada, cuya duración, de acuerdo con las normas de derecho comunitario, sea, como mínimo, de 300 créditos ECTS. Estas personas deberán cursar con carácter obligatorio los complementos de formación, excepto que el plan de estudios del correspondiente título de grado incluya créditos de formación en investigación equivalentes en cuanto a valor formativo a los créditos en investigación procedentes de estudios de máster.
• Poseer un título universitario y, con la obtención previa de una plaza en formación en la prueba de acceso correspondiente a plazas de formación sanitaria especializada, haber superado con una evaluación positiva como mínimo dos años de formación de un programa para la obtención del título oficial de alguna de las especialidades en ciencias de la salud.
• Haber obtenido un título de sistemas educativos extranjeros, sin que sea necesaria su homologación, con la comprobación previa de la UPC de que dicho título acredita un nivel de formación equivalente a la del título oficial español de máster universitario y que faculta en el país expedidor del título al acceso a estudios de doctorado. Esta admisión no implicará, en ningún caso, la homologación del título previo que posea la persona interesada ni su reconocimiento a ningún otro efecto que el de acceso a enseñanzas de doctorado.
• Poseer otro título español de doctor o doctora obtenido de acuerdo con ordenaciones universitarias anteriores.

Nota 1: Normativa de acceso a los estudios de doctorado para las personas tituladas de licenciatura, ingeniería o arquitectura conforme al sistema anterior a la entrada en vigor del EEES (CG 47/02 2014)

Nota 2: Acuerdo núm. 64/2014 del Consejo de Gobierno por el que se aprueba el procedimiento y los criterios de valoración de los requisitos académicos de admisión al doctorado con estudios extranjeros no homologados (CG 25/03 2014)

Criterios de admisión y valoración de méritos

La solicitud de admisión al doctorado en Fotónica se canaliza a través de la página http://jobs.icfo.eu/, a la que son dirigidos todos los estudiantes y las estudiantes interesados. En esta página se publica información detallada sobre las vacantes específicas disponibles para estudiantes de doctorado en cada momento en cada uno de los grupos de investigación del ICFO.

Finalmente, cabe mencionar también que durante todo el proceso de admisión al doctorado de Fotónica se vela por el cumplimiento de los principios de transparencia, eficiencia y comparación internacional establecidos en la European Charter for Researchers y el European Code of Conduct for the Recruitment of Researchers. Asimismo, no se aplica durante este proceso ninguna discriminación por razón de género o nacionalidad.

Complementos formativos

No requieren complementos de formación los estudiantes y las estudiantes que provengan de los másteres vinculados: master in Photonics, máster universitario Erasmus Mundus en Fotónica, master’s degree in Photonics Engineering, Nanophotonics and Biophotonics, máster en Ingeniería Física y máster en Ciencia y Tecnología Cuánticas, de la Universitat Politècnica de Catalunya.

Tampoco requieren complementos de formación los estudiantes y las estudiantes que provengan de másteres en fotónica y en física de otras universidades.

Para los estudiantes y las estudiantes que provengan de másteres en otras temáticas, como másteres en ciencias biomédicas o másteres multidisciplinares en ciencias experimentales, se evalúa el expediente particular y el proyecto en el que trabajarán y se determina, en cada caso, si es necesario que superen complementos de formación específicos. Si la Comisión Académica del programa así lo determina, dichos estudiantes deben cursar como complemento de formación una de las siguientes asignaturas:

• Introduction to Photonics. Optics and Lasers (5 ECTS) del máster en Fotónica.
• Fotónica Aplicada (5 ECTS) del máster universitario en Tecnologías Facilitadoras para la Industria Alimentaria y de Bioprocesos.

Periodo de matrícula de los nuevos doctorandos

La matrícula está abierta todo el año dentro de calendario establecido por la Escuela de Doctorado.

Más información en la sección de matrícula para nuevos doctorandos

Periodo de matrícula

Durante el mes de septiembre.

Más información en la sección general de matrícula

Procedimiento para la elaboración y defensa del plan de investigación

El doctorando o doctoranda debe elaborar un plan de investigación, antes de finalizar el primer año, que se incluirá en el documento de actividades del doctorando o doctoranda. Este plan, que podrá ser mejorado a lo largo de los estudios de doctorado, deberá ser avalado por el tutor o tutora y por el director o directora, y deberá incluir la metodología que se utilizará, así como los objetivos que se desean alcanzar con la investigación.

Como mínimo una de las evaluaciones anuales ha de prever una exposición y defensa pública del plan de investigación y del estado del trabajo realizado ante un tribunal compuesto por tres doctores o doctoras, de acuerdo con lo que determine cada comisión académica. Dicho tribunal emitirá un acta con la calificación de satisfactorio o no satisfactorio. La evaluación positiva del plan de investigación es un requisito indispensable para continuar en el programa de doctorado. En caso de evaluación no satisfactoria, el doctorando o doctoranda dispondrá de un plazo de seis meses para elaborar y presentar un nuevo plan de investigación, que será evaluado por la comisión académica del programa de doctorado.

Esta misma comisión se encargará de evaluar anualmente el plan de investigación, así como el resto de evidencias incluidas en el documento de actividades del doctorando o doctoranda. Dos evaluaciones consecutivas no satisfactorias del plan de investigación comportarán la baja definitiva del programa.

En caso de que el doctorando o doctoranda cambie de tema de tesis deberá presentar un nuevo plan de investigación.

Actividades formativas del programa

El programa de doctorado en Fotónica no especifica un número mínimo de artículos publicados, asistencias a conferencias u otras actividades. Sin embargo, la Comisión Académica del programa velará para que, individualmente, cada tesis alcance los estándares internacionales más altos antes de permitir su defensa.

A continuación se detallan las actividades formativas del programa, su duración y su carácter obligatorio u opcional:

Movilidad, 3 meses (optativa)
Elaboración y defensa inicial del plan de investigación, 50 horas (obligatoria)
Formación en habilidades informacionales, 1,5 horas (optativa)
Metodología de la investigación, 12 horas (optativa)
Innovación y creatividad, 8 horas (optativa)
Habilidades lingüísticas y de comunicación, 18 horas (optativa)
Seminarios científicos, 25 horas/año (optativa)
ICONS Seminars, 40 horas/año (optativa)
Coffee Sessions with Prominent Researchers, 2 horas/año (optativa)
Workshops específicos del programa, 1 día/año (optativa)
Publicaciones, 50 horas (obligatoria)
PhD Lectures, 65 horas/año (optativa)
Outreach Activities, 18 horas (optativa)
Formación en habilidades técnicas, 5 horas por técnica (optativa)
Effective Oral Presentations, 10 horas (optativa)
ICFO-ESADE From Science to Business, 24 horas (optativa)
Introduction to Patent Engineering and Management, 7,5 horas (optativa)
Cursos de idiomas, 40 horas (español, catalán e inglés) (optativa)
Research Integrity, 3 horas (obligatoria)
Career Development, 10 horas (optativa)
Resilience and Wellbeing, 6 horas (optativa)
Essential Transferable Skills for Early Career Researchers, 12 horas (optativa).

Procedimiento de asignación de tutor y director de tesis

La comisión académica del programa asignará un director o directora de tesis a cada doctorando o doctoranda en el momento de la admisión o en la primera matrícula, según el compromiso de dirección de la resolución de admisión al programa.

El director o directora de tesis es la persona responsable de la coherencia e idoneidad de las actividades de formación, del impacto y la novedad en su campo de la temática de la tesis doctoral y de la guía en la planificación y su adecuación, en su caso, a la de otros proyectos y actividades donde se inscriba el doctorando o doctoranda. Por norma general, el director o directora de la tesis será un profesor o profesora o un investigador o investigadora miembro de la Universitat Politècnica de Catalunya que posea el título de doctor o doctora y experiencia investigadora acreditada. Este concepto incluye al personal doctor de las entidades vinculadas a la UPC, según la decisión del Consejo de Gobierno, y de institutos de investigación adscritos a la UPC, de acuerdo con los respectivos convenios de colaboración y de adscripción. Cuando el director o directora es personal de la UPC también actúa como tutor o tutora.

Aquellos doctores o doctoras a los que, por razón de la su relación contractual o la entidad de adscripción, no les sean de aplicación los conceptos anteriores, deberán recibir un informe positivo de la Comisión Permanente de la Escuela de Doctorado de la UPC para poder formar parte del programa de doctorado como investigador o investigadora con investigación acreditada.

La comisión académica del programa de doctorado podrá aprobar la designación de un doctor o doctora experto que no pertenezca a la UPC como director o directora. En ese caso, será necesaria la autorización previa de la Comisión Permanente de la Escuela de Doctorado de la UPC, así como la propuesta de un doctor o doctora con experiencia investigadora acreditada de la UPC, que actuará como codirector o codirectora o, en caso de que no exista, como tutor o tutora.

El director o directora de tesis podrá renunciar a la dirección de la tesis doctoral, siempre que concurran razones justificadas apreciadas per la comisión. En ese caso, la comisión académica del programa de doctorado asignará al doctorando o doctoranda un nuevo director o directora.

La comisión académica del programa de doctorado, una vez oído el doctorando o doctoranda, podrá modificar el nombramiento del director o directora de tesis en cualquier momento del período de realización del doctorado, siempre que concurran razones justificadas.

En caso de que existan motivos académicos que lo justifiquen (interdisciplinariedad temática, programas conjuntos o internacionales, etc.) y que la comisión académica del programa lo acuerde, se podrá asignar un codirector o codirectora de tesis adicional. El director o directora y el codirector o codirectora tendrán las mismas competencias y el mismo reconocimiento académico.

El número máximo de supervisores que puede tener una tesis doctoral es de dos: un director o directora y un codirector o codirectora.

Para tesis en régimen de cotutela y de doctorado industrial, en caso de que sea necesario y esté establecido por el convenio, se podrá acordar no aplicar ese número máximo. No obstante, el número máximo de directores o directoras que pueden pertenecer a la UPC es de dos.

Más información en la sección de tesis doctorales

Permanencia

En el caso de los estudios a tiempo completo, en caso de que una vez transcurrido el plazo de tres años no se haya presentado la solicitud de depósito de la tesis doctoral, la comisión académica del programa podrá autorizar la prórroga de dicho plazo por un año más en las condiciones que la Normativa académica de los estudios de doctorado de la Universitat Politècnica de Catalunya haya establecido en el programa. En el caso de los estudios a tiempo parcial, la prórroga podrá ser autorizada por dos años más. Tanto en el caso de los estudios a tiempo completo como en el de los estudios a tiempo parcial, excepcionalmente y a solicitud motivada de la comisión académica del programa, la Comisión Permanente de la Escuela de Doctorado podrá ampliar la prórroga otro año adicional.

Son motivo de baja de un programa de doctorado:

• La solicitud motivada del doctorando o doctoranda de la baja del programa.
• El agotamiento del plazo máximo de permanencia y de las prórrogas correspondientes que hayan sido autorizadas.
• No haber formalizado la matrícula anual en cada curso (excepto en el caso de que haya sido autorizada una baja temporal).
• Obtener dos evaluaciones consecutivas no satisfactorias.
• Tener expedientes disciplinarios con una resolución de desvinculación de la UPC.

La baja del programa implicará que el doctorando o doctoranda no podrá seguir en el mismo y el cierre de su expediente académico. No obstante, podrá solicitar la readmisión a la comisión académica del programa, que, de acuerdo con los criterios establecidos en la normativa, deberá volver a valorar su acceso.

Mención Internacional

El título de doctor o doctora puede incluir la mención internacional. En este caso, el doctorando o doctoranda deberá cumplir los siguientes requisitos:

a) A lo largo de la etapa formativa necesaria para obtener el título de doctor o doctora, el doctorando o doctoranda deberá haber realizado una estancia mínima de tres meses en una institución de enseñanza superior o centro de investigación de prestigio fuera de España, para cursar estudios o llevar a cabo trabajos de investigación. La estancia y las actividades deberán estar avaladas por el director o directora y deberán estar autorizadas por la comisión académica del programa, y será necesario su acreditación con el correspondiente certificado expedido por la persona responsable del grupo de investigación del organismo u organismos donde se haya realizado. Esta información se incorporará al documento de actividades.
b) Una parte de la tesis, como mínimo el resumen y las conclusiones, deberán haberse redactado y presentado en una de las lenguas habituales para la comunicación científica en su campo de conocimiento y diferente de las que son oficiales en España. Esta norma no se aplicará en caso de que la estancia, los informes y los expertos procedan de un país de habla hispana.
c) La tesis deberá incluir el informe previo, acreditado oficialmente, de un mínimo de dos doctores o doctoras expertos que pertenezcan a alguna institución de enseñanza superior o centro de investigación no español.
d) Como mínimo un doctor o doctora experto, perteneciente a una institución de enseñanza superior o de investigación no español y que no sea la persona responsable de la estancia (apartado a), deberá haber formado parte del tribunal de evaluación de la tesis.
e) La defensa de la tesis deberá haber tenido lugar en las instalaciones de la UPC o, en el caso de programas conjuntos, en el lugar indicado en el convenio de colaboración.

Listado de tesis autorizadas para defensa

• HELLER, LUKAS: Exploring quantum memory schemes in cold
  
  Autor/a: HELLER, LUKAS
  Tesis completa: (contacta con la Escuela de Doctorado para confirmar que eres un doctor acreditado y obtener el enlace a la tesis)
  Programa: FOTÓNICA
  Departamento: Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO)
  Modalidad: Normal
  Fecha de depósito: 08/09/2023
  Fecha de lectura: pendiente
  Hora de lectura: pendiente
  Lugar de lectura: pendiente
  Director/a de tesis: DE RIEDMATTEN, HUGUES
  Tribunal:
       PRESIDENT: TARRUELL PELLEGRIN, LETICIA
       SECRETARI: LAURAT, JULIEN
       VOCAL: SANGOUARD, NICOLAS
  Resumen de tesis: Las memorias cuánticas son dispositivos capaces de almacenar estados cuánticos de la luz. De ellas dependen las futuras redes cuánticas, que podrían mejorar la ciberseguridad mediante la distribución de claves cuánticas, aumentar la precisión de las redes de relojes atómicos y conectar dispositivos cuánticos a larga distancia. En esta tesis se presentan experimentos para mejorar las memorias cuánticas utilizadas en repetidores cuánticos que permitirán la comunicación cuántica a larga distancia.Aquella memoria cuántica se basa en una nube de Rubidio-87 refrigerada por láser. Gracias a los efectos de interferencia colectiva, la interacción luz-materia de este sistema es mayor que la de un solo átomo. Esto se aprovecha para crear correlaciones cuánticas duraderas entre la luz y las excitaciones atómicas mediante la dispersión probabilística de la luz (protocolo DLCZ) o para absorber eficazmente un solo fotón entrante (protocolo Raman). En ambos casos, tras la excitación se recupera un fotón único después de un retardo programable. Una cavidad óptica alrededor de los átomos mejora aún más el acoplamiento luz-materia. En un primer experimento, el protocolo DLCZ se combinó con un protocolo de eco de fotones que permite crear excitaciones atómicas secuencialmente en N modos temporales distinguibles. Esto se conoce como multiplexación temporal. La multiplexación mejorará la velocidad a la que se crea entrelazamiento en una red en un factor N. En este caso, la cavidad era esencial para suprimir el ruido originado por la dispersión probabilística de la luz en el protocolo DLCZ. Se almacenaron 10 modos temporales mientras se mantenían fuertes correlaciones cuánticas entre el fotón dispersado y la excitación atómica collectiva. En un segundo experimento, se almacenó en la nube un único fotón cuasi-determinista siguiendo el protocolo Raman. El fotón procedía de un conjunto de átomos Rydberg refrigerados por láser. Las fuertes interacciones dipolo-dipolo impiden la excitación de más de un átomo al nivel de Rydberg, lo que conduce a la creación de una única excitación colectiva de Rydberg que posteriormente se recupera como un único fotón. Una fuente determinista, en contraposición a una fuente probabilística, mejora la velocidad de creación de entrelazamiento, ya que genera fotones únicos a tasas más altas. Demostramos que el fotón único podía almacenarse y recuperarse fidedignamente de la memoria manteniendo su naturaleza de fotón único. En este experimento no se utilizó la cavidad.En un tercer experimento, se aumentó la eficiencia de recuperación de una excitación almacenada, mejorando el proceso de lectura mediante la cavidad. Las memorias de alta eficiencia son importantes, ya que la distribución del entrelazamiento depende en gran medida de la eficiencia de la memoria. La eficiencia intracavitaria se mejoró en un factor 2-3, dependiendo del protocolo, incluso para una configuración de cavidad no óptima.Por último, se presentan los trabajos en curso para lograr un entrelazamiento eficiente entre una excitación atómica y un fotón en el rango de las telecomunicaciones, que implican una memoria DLCZ mejorada por cavidad, una trampa dipolar atómica y conversión de frecuencia cuántica (QFC) a la banda C de telecomunicación. Como la memoria funciona en el dominio óptico, donde las pérdidas de transmisión fotónica son grandes, se necesitará QFC para comunicarse a grandes distancias. Esta configuración se utilizará en el futuro para un experimento híbrido que conecte la memoria atómica fría con una memoria de estado sólido.Estas investigaciones se centran en las limitaciones intrínsecas de los primeros enlaces cuánticos, que se han realizados a escala de laboratorio. Por tanto, podrían ayudar a construir enlaces prácticos en el futuro.
  

Última actualización: 04/10/2023 04:45:29.

Listado de tesis en depósito

• MALAIWONG, NAWAPHAT: Molecular and Cellular Aspects of Proprioceptive Control in C. elegans
  
  Autor/a: MALAIWONG, NAWAPHAT
  Tesis completa: (contacta con la Escuela de Doctorado para confirmar que eres un doctor acreditado y obtener el enlace a la tesis)
  Programa: FOTÓNICA
  Departamento: Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO)
  Modalidad: Normal
  Fecha de depósito: 22/09/2023
  Fecha de lectura: pendiente
  Hora de lectura: pendiente
  Lugar de lectura: pendiente
  Director/a de tesis: KRIEG, MICHAEL
  Tribunal:
       PRESIDENT: LOZA ALVAREZ, PABLO
       SECRETARI: RAFFA, VITTORIA
       VOCAL: CERON MADRIGAL, JULIAN
  Resumen de tesis: La locomoció es genera a partir d'un conjunt d'estímuls integrats pel sistema nerviós juntament amb el sentit de la postura del cos - o propriocepció -, i com a resultat pot donar lloc a respostes com fugir, alimentar-se i reproduir-se. La mecanosensació, la capacitat de percebre la força mecànica, depèn de canals iònics mecanoreceptors que converteixen la força en senyals neuronals mitjançant canvis conformacionals. Desentrellar els mecanismes subjacents d'aquests canals mecanoreceptors planteja un repte important per als neurobiòlegs i biòlegs cel·lulars. El meu treball de doctorat utilitza enfocaments multidisciplinaris de les branques de la biologia, física, matemàtiques i enginyeria per investigar la regulació de la propriocepció en l'organisme model C. elegans a nivell molecular i cel·lular.En la meva recerca, vaig centrar-me en comprendre el paper de l'interneurona DVA en la locomoció i la seva capacitat per a interpretar la curvatura del cos. Utilitzant soques genèticament modificades i tècniques d'imatge de calci, vaig demostrar que la DVA respon a la força de compressió a través del seu axó i com a resultat provoca una entrada d'ions de calci a través del canal iònic TRP-4. Per altra banda, la flexió del cuc estira l'axó de DVA i activa el canal iònic de potassi TWK-16. Així doncs, ambdós canals detecten les forces mecàniques i modulen la senyal de DVA. Aquesta interacció codifica per senyals de calci al llarg de les diferents corbatures del cos, facilitant la recepció i el reajustament precís de les contraccions musculars. A més, vaig descobrir el paper crític de la beta-espectrina en el manteniment de la integritat estructural i la funció propioceptiva en resposta a la força. Per investigar la funció específica d'aquesta proteïna del citoesquelet, em vaig centrar en l'estudi del seu paper durant l'envelliment, així com el seu impacte en la propiocepció i l'expressió de proteïnes en C. elegans.A part de la regulació propioceptiva mitjançant senyals neuronals, el meu estudi va revelar que el neuropèptid específic de DVA, NLP-12, és el responsable de modular la locomoció. Utilitzant animals transgènics, tècniques d'imatge i modificació de proteïnes, els resultats van demostrar que NLP-12 promou el defecte en la locomoció causat per la mutació de beta-espectrina a DVA. Curiosament, les primeres evidències apunten a que l'alliberament d'aquest neuropèptid està controlat per la força mecànica, tot i que una caracterització d'aquest mecanisme haurà de ser feta en treballs futurs.Paral·lelament, durant el doctorat vaig desenvolupar una nova tècnica anomenada Fluorescent Landmark Interference (FLInt) per integrar transgens en el genoma de C. elegans utilitzant CRISPR/Cas9. FLInt és un mètode senzill, ràpid i flexible per establir soques transgèniques a C. elegans basat en l'excisió precisa d'un gen fluorescent emprat com a marcador d'integració genètica. FLInt ha guanyat una gran popularitat i ara s'usa com a mètode rutinari en laboratoris d'investigació de C. elegans arreu del món.La novetat del meu estudi de doctorat rau en la generació dels següents coneixements fonamentals i aplicacions pràctiques: (1) comprensió de la mecanosensació, epecíficament el mecanisme de percepció i resposta a estímuls mecànics i (2) generació d'una eina accessible i eficient per a la comunitat d'investigació de C. elegans per a millorar futura recerca amb aquest organisme model.Paraules clau: Mecanosensació, propriocepció, C. elegans, edició de gens
  
• URREGO GONZALEZ, DANIEL FERNANDO: Demonstration of new experimental schemes for imaging and sensing: from quantum to classical and back
  
  Autor/a: URREGO GONZALEZ, DANIEL FERNANDO
  Tesis completa: (contacta con la Escuela de Doctorado para confirmar que eres un doctor acreditado y obtener el enlace a la tesis)
  Programa: FOTÓNICA
  Departamento: Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO)
  Modalidad: Normal
  Fecha de depósito: 29/09/2023
  Fecha de lectura: pendiente
  Hora de lectura: pendiente
  Lugar de lectura: pendiente
  Director/a de tesis: PEREZ TORRES, JUAN
  Tribunal:
       PRESIDENT: CAPMANY FRANCOY, JOSÉ
       SECRETARI: ARTIGAS GARCIA, DAVID
       VOCAL: FELIX PEREIRA, SILVANIA
  Resumen de tesis: Esta tesis de doctorado presenta una investigación en imágenes y detección óptica, explorando conceptos novedosos y diversas aplicaciones. Los esquemas experimentales propuestos aquí se basan en la simulación de aspectos específicos de conceptos cuánticos utilizando Óptica clásica. El último esquema toma la dirección opuesta. Empleando técnicas cuánticas, desarrolla la versión cuántica de un microscopio de Contraste de Interferencia Diferencial (DIC). La tesis se divide en varios capítulos, cada uno abordando aspectos distintos de un esquema experimental y sus posibles aplicaciones.El primer esquema presenta una demostración de prueba de concepto de una compuerta óptica que utiliza haces de luz con momento angular orbital. Inspirada en el protocolo quantum fingerprinting, esta compuerta permite la comparación eficiente de cadenas de datos sin necesidad de revelar la señal. La compuerta se prueba comparando cadenas de bits, cuartos y diferentes frentes de ondas.El segundo esquema presenta un protocolo para evaluar la presencia de una forma espacial particular (o frente de onda) en una base de datos, mediante la evaluación del grado de similitud entre la forma espacial desconocida y todos los elementos contenidos en la base de datos. El protocolo se prueba comparando la forma de un disco recortado en una base de datos. El protocolo se extiende al dominio temporal, donde las formas están codificadas en la amplitud de los campos eléctricos.El tercer esquema es un enfoque novedoso para realizar Tomografía de Coherencia Óptica (OCT) con un escaneo totalmente no mecánico. Aprovechando los principios de la OCT de dominio espectral e integrando un Modulador Espacial de Luz (SLM) en laconfiguración, se logra un escaneo no mecánico del haz óptico de iluminación. Esta innovación elimina la necesidad de escaneos transversales utilizando plataformas mecánicas, lo que podría impulsar el aumento del tamaño, peso y consumo de energía(SWaP, por sus siglas en ingles) de futuros productos comerciales.El último esquema es una versión cuántica del microscopio de Contraste de Interferencia Diferencial (DIC), aprovechando el notable efecto Hong-Ou-Mandel (HOM) para recuperar gradientes de fase inducidos por cambios en el grosor óptico. En este caso, se aplica el conocimiento de la óptica cuántica a una técnica de microscopía.El trabajo presentado en esta tesis contribuye a la idea de utilizar protocolos del mundo cuántico que podrían ser imitados en aplicaciones clásicas.
  

Última actualización: 04/10/2023 04:30:30.

Listado de tesis defendidas por año

• AFRIDI, ADEEL: Reconfigurable metasurfaces based on thermo-optical and optomechanical controls
  
  Autor/a: AFRIDI, ADEEL
  Tesis completa: (contacta con la Escuela de Doctorado para confirmar que eres un doctor acreditado y obtener el enlace a la tesis)
  Programa: FOTÓNICA
  Departamento: Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO)
  Modalidad: Normal
  Fecha de lectura: 28/04/2023
  Director/a de tesis: QUIDANT, ROMAIN
  

  Tribunal:
       PRESIDENT: VAN HULST, NIEK
       SECRETARI: TAGLIABUE, GIULIA
       VOCAL: GENEVET, PATRICE
  Resumen de tesis: Las meta-superficies ópticas se han establecido como una plataforma de gran potencial para la óptica integrada. El progreso en las ciencias de los materiales y los procesos de nano-fabricación ha impulsado el desarrollo de los dispositivos ultrafinos basados en meta-superficies, también conocidos como meta-dispositivos. Entre estos se incluyen hologramas, láminas de onda, polarizadores, deflectores, y lentes ultradelgadas o meta-lentes. Un gran esfuerzo en el campo se centra en el desarrollo de meta-lentes que sean de alto rendimiento y multifuncionales, y además estén libres de aberraciones.Los materiales dieléctricos de alto índice de refracción y sin pérdidas han permitido que las meta-lentes alcancen una transmisión cercana a la unidad y una alta apertura numérica. Sin embargo, la naturaleza estática de las meta-lentes limita su atractivo para las aplicaciones en las que se requiere un ajuste dinámico del sistema óptico, como sucede en la obtención de imágenes o en la visión adaptativa.Durante esta tesis, he desarrollado dos técnicas diferentes que me han permitido diseñar y fabricar de meta-lentes reconfigurables. La primera técnica permite cambiar la distancia focal de una meta-lente utilizando el efecto termo-óptico para cambiar el índice de un material funcional adherido a la meta-lente. Las meta-lente se controla eléctricamente y exhiben una capacidad de variación focal continua y lineal. Además, demuestra alta eficiencia y bajo consumo de energía con un tiempo de conmutación del orden de 100 milisegundos. La segunda técnica también permite cambiar la distancia focal de la meta-lente. En esta vez aprovechando el efecto opto-mecánico para introducir cambios en la geometría de la propio meta-lente. Fabricada en una membrana de silicio ultradelgada, exhibe una capacidad de ajuste focal continua y lineal, con un tiempo de respuesta rápido de unos pocos microsegundos.
  

• AGARWAL, HITESH: Graphene based optical interconnects and IR photodetectors
  
  Autor/a: AGARWAL, HITESH
  Tesis completa: (contacta con la Escuela de Doctorado para confirmar que eres un doctor acreditado y obtener el enlace a la tesis)
  Programa: FOTÓNICA
  Departamento: Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO)
  Modalidad: Normal
  Fecha de lectura: 23/01/2023
  Director/a de tesis: KOPPENS, FRANK
  

  Tribunal:
       PRESIDENT: PRUNERI, VALERIO
       SECRETARI: MUELLER, THOMAS
       VOCAL: STAMPFER, CHRISTOPH
  Resumen de tesis: 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
  Tesis completa: (contacta con la Escuela de Doctorado para confirmar que eres un doctor acreditado y obtener el enlace a la tesis)
  Programa: FOTÓNICA
  Departamento: Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO)
  Modalidad: Normal
  Fecha de lectura: 23/03/2023
  Director/a de tesis: CHANG, DARRICK
  

  Tribunal:
       PRESIDENT: TARRUELL PELLEGRIN, LETICIA
       SECRETARI: MILLER, OWEN DENNIS
       VOCAL: KAISER, ROBIN PIERRE LÉON
  Resumen de tesis: 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
  Enlace a la tesis: http://hdl.handle.net/10803/688566
  Programa: FOTÓNICA
  Departamento: Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO)
  Modalidad: Normal
  Fecha de lectura: 12/04/2023
  Director/a de tesis: PRUNERI, VALERIO
  

  Tribunal:
       PRESIDENT: ACÍN DAL MASCHIO, ANTONIO
       SECRETARI: LAPKIEWICZ, RADEK
       VOCAL: JULIA DIAZ, BRUNO
  Resumen de tesis: 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
  

• CHISHOLM, CRAIG STERLING: Raman Dressed Bose-Einstein Condensates with Tunable Interactions: Topological Gauge Theories and Supersolids
  
  Autor/a: CHISHOLM, CRAIG STERLING
  Enlace a la tesis: http://hdl.handle.net/10803/688921
  Programa: FOTÓNICA
  Departamento: Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO)
  Modalidad: Normal
  Fecha de lectura: 19/06/2023
  Director/a de tesis: TARRUELL PELLEGRIN, LETICIA
  

  Tribunal:
       PRESIDENT: MITCHELL, MORGAN
       SECRETARI: OBERTHALER, MARKUS
       VOCAL: STRINGARI, SANDRO
  Resumen de tesis: El exquisito control disponible en los experimentos con gases cuánticos ultrafríos los convierte en un candidato ideal para la simulación cuántica de diversos temas que van desde la física de altas energías y modelos analógicos de gravedad cuántica hasta los sistemas de materia condensada fuertemente correlacionados y los estados exóticos de la materia. Esta tesis describe el uso del acoplamiento Raman para diseñar nuevas interacciones quirales y una relación de dispersión con dos minimos en condensados de Bose-Einstein de potasio, y los explota para realizar una teoría gauge topológica y un estado exótico de la materia conocido como supersólido, respectivamente.Una característica común de muchos temas de interés para la simulación cuántica es la posibilidad de describirlos desde la perspectiva de una teoría gauge. El acoplamiento Raman se ha utilizado para producir campos gauge artificiales durante más de una década, pero normalmente los campos gauge carecen de las restricciones de simetría necesarias para constituir una teoría gauge. Una teoría gauge bien conocida que se utiliza para describir estados cuánticos de Hall fraccionarios es la teoría de Chern-Simons. La teoría de Chern-Simons es una teoría gauge topológica, por lo que no tiene dinámica de campo gauge en ausencia de materia. Hemos utilizado acoplamiento óptico para diseñar interacciones quirales en un condensado de Bose-Einstein de átomos de potasio y codificar la dinámica de una reducción unidimensional de la teoría de Chern-Simons conocida como teoría BF quiral en la dinámica de la materia. Hemos observado solitones quirales y un campo eléctrico dependiente de la densidad. Nuestros resultados experimentales representan la primera simulación cuántica con éxito de una teoría de gauge topológica en el continuo.Los supersólidos se predijeron teóricamente hace más de cincuenta años y se han hecho realidad en condensados de Bose-Einstein en los últimos años. En una segunda serie de experimentos, hemos aprovechado las propiedades de interacción únicas del potasio para crear un supersólido en un condensado de Bose-Einstein acoplado por Raman con mayor estabilidad y contraste que lo que se puede conseguir con otros átomos alcalinos. Utilizando técnicas de óptica de ondas de materia, hemos podido obtener por primera vez imágenes de las modulaciones de densidad características de un supersólido en un condensado de Bose-Einstein con acoplamiento Raman. Exploramos un régimen de parámetros previamente inaccesible y demostramos que el periodo de las franjas depende de la intensidad óptica, en contraste con una red óptica poco profunda en la que el periodo de las franjas viene dado por el vector de onda de la red óptica.Nuestro método de ingeniería de interacciones quirales amplía el campo de la simulación cuántica de teorías gauge para incluir teorías gauge topológicas en el continuo y supone un paso hacia la simulación de la teoría de Chern-Simons en dos dimensiones. Nuestra aplicación de la óptica de ondas de materia a la fase supersólida en un condensado de Bose-Einstein con acoplamiento Raman introduce una nueva herramienta para sondear los modos de Goldstone de baja energía y las propiedades de coherencia de fase.
  

• DAS, IPSITA: Investigation of the Interaction Driven Quantum Phases in Magic-Angle Twisted Bilayer Graphene
  
  Autor/a: DAS, IPSITA
  Tesis completa: (contacta con la Escuela de Doctorado para confirmar que eres un doctor acreditado y obtener el enlace a la tesis)
  Programa: FOTÓNICA
  Departamento: Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO)
  Modalidad: Normal
  Fecha de lectura: 24/05/2023
  Director/a de tesis: EFETOV, DIMITRI
  

  Tribunal:
       PRESIDENT: PAPADAKI, GEORGIA
       SECRETARI: ENSSLIN, KLAUS WILHELM EBERHANRD
       VOCAL: ALLAN, MILAN PETER
  Resumen de tesis: El descubrimiento de los materiales bidimensionales abrió un camino único para estudiar las propiedades electrónicas de los materiales cúanticos, ausentes en los materiales tridimensionales que. Poco despúes del descubrimiento del grafeno (2004), se encontró una plétora de materiales 2D con diversos propiedades tales como metales, aislantes, semiconductores, superconductores, imanes etc. Estos materiales se pueden ensamblar través de la fuerza de van der Waals, lo que amplía enormemente las posibilidades de estudiar nuevos fenómenos. Inicialmente, las heteroestructuras de van der Waals se han hecho apilando verticalmente una capa encima de otra. Sin embargo, introducir un ángulo de rotación constituye un ajuste interesante para diseñar las propiedades electrónicas de las heteroestructuras 2D. Siguiendo predicciones teóricas, la gente ha observado fenómenos cuánticos exóticos en grafeno bicapa rotado en 2018. En esta tesis, hemos estudiado las propiedades electrónicas del grafeno bicapa torcido de ángulo mágico (MATBG), que consiste en dos capas de grafeno rotadas un ángulo ¿ = 1.1°. Se ha demostrado experimentalmente que MATBG posee bandas electrónicas planas en la escala de baja energía. Esta banda plana alberga múltiples fenómenos correlacionados, como aislantes correlacionados, superconductividad, magnetismo, etc.Hemos estudiado diferentes fases de MATBG en presencia de un campo magnético para revelar el estado fundamental del sistema a cero campo magnético. En presencia de un pequeño campo magnético (B < 3 T), la conductancia de Hall de MATBG muestra un valor cuantizado con los números de Chern C = ±1, ±2, ±3 y ±4 que se nuclean a partir de cupaciones enteras de las bandas moiré, ¿ = ±3, ±2, ±1 y 0, respectivamente. La secuencia exacta y la correspondencia de los números de Chern y los factores de ocupación sugieren que estos estados están directamente impulsados por interacciones electrónicas, que rompen específicamente la simetra de inversión de tiempo en el sistema.También hemos estudiado la evolución del espacio de fase de MATBG en alto campo magnético y explorado el espectro de Hofstadter. Debido a el granárea de la celda unitaria moiré MATBG alcanza un cuanto de flujo completo (F0) por celda unitaria moiré cerca de 30 T. Estudiamos un detalle comportamiento de magnetotransporte del sistema hasta B = 31 T. En F0, se observa una serie de aislantes correlacionados reentrantes en los factores de ocupación ¿ = +2, +3. También se observa la reconstrucción de la superficie de Fermi impulsada por las interacciones, que es identificada por la aparición de un nuevo conjunto de niveles de Landau.Estudiamos más a fondo las bandas dispersivas de mayor energía en MATBG en presencia de campo magnético. El análisis de los cruces de los niveles de Landau en las bandas dispersivas de carácter Rashba permiten una comparación sin parámetros con una serie mágica recién derivada de estos cruces en un campo magnético y proporciona restricciones en los parámetros del Hamiltoniano Bistritzer-MacDonald. En la siguiente sección de esta tesis, hemos estudiado el efecto de un parámetro importante, apantallamiento de Coulomb en el estado fundamental de la fases cuánticas como aislante correlacionado y superconductor. Hemos modificado directamente las correlaciones electrónicas cambiando la distancia de separación entre el grafeno y una capa de protección metálica. Los aislantes correlacionados se suprimen cuando las separaciones son más pequeñas que el tamaño típico del orbital de Wannier (15 nm) y también en dispositivos conángulos de rotación que se desvían del ángulo mágico (¿ = 1.1° ± 0.05°). Finalmente, estudiamos la dependencia de la temperatura de la resistividad en MATBG y revelamos una fase de metal extraño hasta una temperatura muy baja T = 40 mK.Por tanto, hemos demostrado experimentalmente el efecto de varios parámetros externos (magn
  

• DI GIULIO, VALERIO: Nanophotonics with charged particles
  
  Autor/a: DI GIULIO, VALERIO
  Tesis completa: (contacta con la Escuela de Doctorado para confirmar que eres un doctor acreditado y obtener el enlace a la tesis)
  Programa: FOTÓNICA
  Departamento: Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO)
  Modalidad: Normal
  Fecha de lectura: 12/04/2023
  Director/a de tesis: GARCÍA DE ABAJO, JAVIER
  

  Tribunal:
       PRESIDENT: KOCIAK, MATHIEU
       SECRETARI: ROPERS, CLAUS
       VOCAL: MANJACAVAS AREVALO, ALEJANDRO
  Resumen de tesis: 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
  Tesis completa: (contacta con la Escuela de Doctorado para confirmar que eres un doctor acreditado y obtener el enlace a la tesis)
  Programa: FOTÓNICA
  Departamento: Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO)
  Modalidad: Normal
  Fecha de lectura: 24/03/2023
  Director/a de tesis: DE RIEDMATTEN, HUGUES
  

  Tribunal:
       PRESIDENT: CHANG, DARRICK
       SECRETARI: KRÖLL, RICHARD STEFAN
       VOCAL: ETESSE, JEAN FRANÇOIS YVES
  Resumen de tesis: 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
  

• KOBAYASHI FRISK, LISA: Application and development of diffuse optical methods for the non-invasive bedside assessment of cerebral hemodynamics in the stroke unit
  
  Autor/a: KOBAYASHI FRISK, LISA
  Tesis completa: (contacta con la Escuela de Doctorado para confirmar que eres un doctor acreditado y obtener el enlace a la tesis)
  Programa: FOTÓNICA
  Departamento: Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO)
  Modalidad: Normal
  Fecha de lectura: 14/07/2023
  Director/a de tesis: DURDURAN, TURGUT
  

  Tribunal:
       PRESIDENT: VAN HULST, NIEK
       SECRETARI: BAKER, WESLEY BOEHS
       VOCAL: URRA NUIN, XABIER
  Resumen de tesis: El cerebro es un órgano con gran demanda energética, por lo que requiere un flujo constante de sangre rica en oxígeno para satisfecer sus necesidades metabólicas. Por ello, sería interesante disponer de una herramienta que permita la monitorización continua y no invasiva de la hemodinámica cerebral. En esta tesis, doy los primeros pasos en esta dirección focalizándome en el ictus, una enfermedad en la que el flujo sanguíneo cerebral está afectado en diferentes regiones del cerebro. Las técnicas híbridas de la óptica difusa son capaces de medir la hemodinámica cerebral local de manera no invasiva y continua. Los principales objetivos de esta tesis son demostrar la utilidad potencial de estas técnicas en pacientes con ictus y hacer avanzar la tecnología para llegar a ser más portátil y económica, con la capacidad de medir la hemodinámica con alta precisión y exactitud.En la primera parte de esta tesis informo sobre los resultados de datos de un ensayo controlado aleatorizado donde monitoricé la hemodinámica cerebral de ciento seis pacientes durante la primera mobilización utilizando dos técnicas ópticas: time-resolved near-infrared spectroscopy (TRS) y diffuse correlation spectroscopy (DCS). El objetivo de este ensayo clínico fue determinar si la hemodinámica cerebral medida durante la mobilización podría ser utilizada como biomarcador para personalizar terapias de mobilización.En el primer conjunto de resultados caractericé la respuesta hemodinámica cerebral a cambios de postura y mobilización. En el segundo conjunto, la autorregulación cerebral fue evaluada durante la primera mobilización y resultó estar asociada con el deterioro neurológico. Estos resultados sugieren que los pacientes con una autorregulación dañada deberían evitar recibir más mobilización durante las primeras horas posteriores al ictus. En el tercer conjunto, la seguridad y la eficacia de la terapia de mobilización estándar e intensiva fueron comparadas. No se encontró diferencia, y el estado de autorregulación cerebral no resultó estar asociado con las variables de seguridad ni eficacia.La parte clínica de esta tesis es un ejemplo de potencial aplicación y muestra el valor de las medidas no invasivas de la hemodinámica cerebral. Sin embargo, una gran desventaja de las tecnologías difusas actuales es la dificultad en medir señales con una alta relación señal/ruido en áreas con alta probabilidad de absorción, por ejemplo, en regiones cubiertas de pelo. En el contexto de pacientes de ictus, esto limita las mediciones a la hemodinámica anterior independientemente de la localización del ictus.La segunda parte de la tesis, consiste en el desarrollo de otra técnica de óptica difusa (speckle contrast optical spectroscopy/tomography (SCOS/SCOT)) que puede superar esta limitación. Como primer paso, desarrollé una simulación de la generación y adquisición de señal de SCOS. Este modelo permitió el estudio de las propiedades de la señal de SCOS en términos de los parámetros de la detección de señal y del tejido medido. Además, la simulación permitió definir ciertos objetivos de medida para alcanzar una predeterminada precisión y exactitud. Entonces, construí un prototipo de un dispositivo que, además de ser más barato y portátil que otras tecnologías de óptica difusa, tiene mejor relación señal/ruido. Caractericé el dispositivo y establecí los objetivos de exactitud de las mediciones. Por último, desarrollé un método de análisis para extraer datos del flujo sanguíneo de las señales de SCOS. Este método también permite la simplificación del diseño de sistemas y/o protocolos, y puede aumentar la frecuencia de adquisición de datos.Esta tesis abarca un rango de temas que va desde la investigación clínica, hasta simulaciones y diseño de sistemas. Sin embargo, la contribución global de este trabajo es demostrar la utilidad clínica de estas técnicas, así como i
  

• KRAMARENKO, MARIIA: FLUORESCENCE QUANTUM YIELD AND THE OPEN CIRCUIT VOLTAGE IN PEROVSKITE SOLAR
  
  Autor/a: KRAMARENKO, MARIIA
  Tesis completa: (contacta con la Escuela de Doctorado para confirmar que eres un doctor acreditado y obtener el enlace a la tesis)
  Programa: FOTÓNICA
  Departamento: Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO)
  Modalidad: Normal
  Fecha de lectura: 24/03/2023
  Director/a de tesis: MARTORELL PENA, JORDI
  

  Tribunal:
       PRESIDENT: LIRA CANTÚ, MÓNICA
       SECRETARI: GARCÍA DE ARQUER, FRANCISCO PELAYO
       VOCAL: ALARCON LLADO, ESTHER
  Resumen de tesis: 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
  

• LIGA, SHANTI MARIA: Environmentally-friendly perovskite nanocrystals based on titanium and tin
  
  Autor/a: LIGA, SHANTI MARIA
  Tesis completa: (contacta con la Escuela de Doctorado para confirmar que eres un doctor acreditado y obtener el enlace a la tesis)
  Programa: FOTÓNICA
  Departamento: Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO)
  Modalidad: Normal
  Fecha de lectura: 22/03/2023
  Director/a de tesis: KONSTANTATOS, GERASIMOS
  

  Tribunal:
       PRESIDENT: LIGUORI, NICOLETTA
       SECRETARI: MALAVASI, LORENZO
       VOCAL: FIGUEROLA SILVESTRE, ALBERT
  Resumen de tesis: La disponibilidad de energía es un ingrediente fundamental para el desarrollo de las sociedades. A pesar de eso, el elevado consumo de combustibles fósiles como principal fuente de energía desde la segunda revolución industrial ha causado un aumento de la concentración de CO2 en la atmosfera, que a día de hoy se ha reconocido como la primera causa del cambio climático. Por esta razón, se ha convertido en una prioridad remplazar los combustibles fósiles con fuentes más sostenibles. La energía fotovoltaica es una de las tecnologías más adecuadas para progresar rápidamente en esta transición, aunque el aumento de la eficiencia del proceso de conversión de luz solar a electricidad y la reducción del coste de los dispositivos fotovoltaicos sean fundamentales para conseguir a tiempo los objetivos establecidos por los órganos decisorios. Por lo tanto, el desarrollo de nuevos materiales optoelectrónicos, compuestos a partir de elementos que sean abundantes y respetuosos con el medio ambiente, es uno de los avances científicos fundamentales necesarios para impulsar este cambio hacia una sociedad ¿low-carbon¿.Las perovskitas, cuyas celdas fotovoltaicas han alcanzado este año una eficiencia del 25.7% están entre los nuevos materiales más interesantes para aplicaciones fotovoltaicas. A pesar de esto, las perovskitas más prometedoras contienen plomo, que es un elemento tóxico para los seres humanos y una amenaza potencial por el medio ambiente. En consecuencia, a lo largo de la última década, muchos proyectos de investigación se han centrado en la búsqueda de estrategias para remplazar el plomo con elementos que no sean tóxicos. Entre todas las nuevas estructuras estudiadas, las perovskitas dobles con vacantes ordenadas con base de titanio son las que han alcanzado uno de los rendimientos más prometedores en las celdas fotovoltaicas.Esta tesis está centrada en el desarrollo de nuevas síntesis en solución para la preparación de nuevos nanocristales de perovskitas dobles con vacantes ordenadas de titanio y estaño en estado de oxidación +4, ambos elementos abundantes y no tóxicos. Todos los nanocristales de perovskitas que han sido preparados fueron caracterizados estructural, química y ópticamente. Además, las propiedades observadas experimentalmente han sido confirmadas mediante cálculos de la teoría del funcional de la densidad ab initio.Inicialmente, se ha desarrollado una síntesis coloidal para preparar perovskitas mixtas de ioduro y bromuro de cesio y titanio con fórmula Cs2TiBr6-xIx. Todos estos materiales tienen brechas de bandas en el visible, entonces serian aptos para aplicaciones en celdas solares. Por otro lado, tienen una inestabilidad muy alta en aire, que impediría cualquier aplicación en dispositivos, y que nos ha impulsado a focalizarnos en la búsqueda de estrategias para estabilizarlas.Motivados por las altas estabilidades en aire reportadas en las perovskitas análogas que contienen Sn+4, se han sintetizado las perovskitas nanoestructuradas de estaño y de titanio y estaño. Se ha observado que las mezclas con el porcentaje más alto de estaño son estables en aire por un tiempo más largo que las perovskitas de titanio. Finalmente, para el caso de Cs2TiBr6, se ha desarrollado un método para conseguir una estabilidad comparable, mediante un tratamiento superficial utilizando compuestos de estaño.En resumen, se ha desarrollado una nueva síntesis en solución para la preparación de nuevas perovskitas sin plomo a base de estaño y titanio y se han estudiado por primera vez sus propiedades mediante métodos experimentales y computacionales. Finalmente, se ha encontrado una manera para mejorar la estabilidad en aire de las perovskitas a base de titanio, mediante incorporación de estaño en la estructura. En general, esta tesis aporta un entendimiento de las nuevas perovskitas dobles con vacantes ordenadas de titanio y estaño y representa un punto de referencia
  

• MATEOS ESTÉVEZ, NICOLÁS: Advanced single molecule fluorescent tools to reveal spatiotemporal multi-molecular interactions in living cells
  
  Autor/a: MATEOS ESTÉVEZ, NICOLÁS
  Enlace a la tesis: ICFO, Mediterranean Technology Park, Avinguda Carl Friedrich Gauss, 3, 08860 Castelldefels, Barcelona
  Programa: FOTÓNICA
  Departamento: Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO)
  Modalidad: Normal
  Fecha de lectura: 28/04/2023
  Director/a de tesis: GARCÍA PARAJO, MARÍA | TORREÑO PIÑA, JUAN ANDRÉS
  

  Tribunal:
       PRESIDENT: LOZA ALVAREZ, PABLO
       SECRETARI: PADILLA PARRA, SERGIO
       VOCAL: DOS SANTOS DUARTE VIEIRA HENRIQUES, RICARDO JOSÉ
  Resumen de tesis: 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.
  

• MAZZINGHI, CHIARA: Cavity-enhanced non-destructive measurements of atomic magnetism
  
  Autor/a: MAZZINGHI, CHIARA
  Tesis completa: (contacta con la Escuela de Doctorado para confirmar que eres un doctor acreditado y obtener el enlace a la tesis)
  Programa: FOTÓNICA
  Departamento: Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO)
  Modalidad: Normal
  Fecha de lectura: 26/07/2023
  Director/a de tesis: MITCHELL, MORGAN
  

  Tribunal:
       PRESIDENT: TARRUELL PELLEGRIN, LETICIA
       SECRETARI: DUMKE, RAINER HELMUT
       VOCAL: HOSTEN, ONUR
  Resumen de tesis: En esta tesis, proponemos y demostramos un método basado en cavidades ópticas para la detección mejorada de la rotación de polarización (rotación de Faraday). El objetivo de esta técnica es detectar efectos magnéticos en materiales transparentes con mayor sensibilidad a igual perturbación óptica del medio atómico. Utilizamos el cálculo matricial de Jones para calcular el efecto de la rotación de la polarización en una cavidad óptica que contiene el material magnético. En el cálculo se han incluido diversos efectos disipatorios, como las pérdidas por transmisión en el segundo espejo de la cavidad, entre otras. Los resultados muestran que para medir la rotación de la polarización, la detección de la luz transmitida tiene ventajas en términos de linealidad y simplicidad con respecto a la detección de la luz reflejada. Mostramostambién la descripción teórica del efecto de una estructura de confinamiento óptica usada para posicionar los átomos de un gas atómico ultrafrío en los antinodos de la luz de sondeo. Esto da lugar a un aumento del acoplamiento átomo-luz y, porlo tanto, a la mejora del método basado en la cavidad óptica. La luz de confinamiento también se utiliza para estabilizar la cavidad.Luego describimos la realización experimental de la cavidad óptica y demostramos la teoría descrita comparando la rotación de Faraday medida en un gas atómico de Rb en dos situaciones: la geometría de paso único y la mejorada por la cavidad óptica. Observamos la mejora debida a la cavidad en concordancia con las predicciones teóricas. También demostramos la detección limitada por el ruido cuántico de la rotación de la polarización de la luz de sondeo en un régimen de ángulo pequeño de dicha rotación.Concluimos con el cálculo del efecto de spin-squeezing debido a la detección mejorada por la cavidad óptica en nubes de átomos fríos y ultrafríos. El uso de la cavidad óptica testeada resulta en un efecto de spin-squeezing 5 dB mayor que en elcaso de la geometría de paso único.
  

• ORTIZ DE ORRUÑO CUESTA, UNAI: Optical Holographic Microscopy for Bio- and Nanoparticle Characterization
  
  Autor/a: ORTIZ DE ORRUÑO CUESTA, UNAI
  Tesis completa: (contacta con la Escuela de Doctorado para confirmar que eres un doctor acreditado y obtener el enlace a la tesis)
  Programa: FOTÓNICA
  Departamento: Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO)
  Modalidad: Normal
  Fecha de lectura: 21/04/2023
  Director/a de tesis: VAN HULST, NIEK
  

  Tribunal:
       PRESIDENT: PRUNERI, VALERIO
       SECRETARI: LECHUGA GÓMEZ, LAURA M.
       VOCAL: ALVAREZ PUEBLA, RAMON ANGEL
  Resumen de tesis: 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.
  

• RAKONJAC, JELENA VELIBOR: Light-matter entanglement between telecom photons and solid-state quantum memories
  
  Autor/a: RAKONJAC, JELENA VELIBOR
  Tesis completa: (contacta con la Escuela de Doctorado para confirmar que eres un doctor acreditado y obtener el enlace a la tesis)
  Programa: FOTÓNICA
  Departamento: Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO)
  Modalidad: Normal
  Fecha de lectura: 26/06/2023
  Director/a de tesis: DE RIEDMATTEN, HUGUES
  

  Tribunal:
       PRESIDENT: MITCHELL, MORGAN
       SECRETARI: LEDINGHAM, PATRICK
       VOCAL: HUNGER, DAVID
  Resumen de tesis: 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.
  

• SEVERINO, STEFANO: Attosecond soft X-ray absorption revealing the ultrafast non-adiabatic dynamics of furan
  
  Autor/a: SEVERINO, STEFANO
  Tesis completa: (contacta con la Escuela de Doctorado para confirmar que eres un doctor acreditado y obtener el enlace a la tesis)
  Programa: FOTÓNICA
  Departamento: Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO)
  Modalidad: Normal
  Fecha de lectura: 13/03/2023
  Director/a de tesis: BIEGERT, JENS
  

  Tribunal:
       PRESIDENT: LIGUORI, NICOLETTA
       SECRETARI: CERULLO, GIULIO
       VOCAL: PALACIOS CAÑAS, ALICIA
  Resumen de tesis: 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
  

• TAGHIPOUR, NIMA: SOLUTION-PROCESSED QUANTUM DOT INFRARED LASERS
  
  Autor/a: TAGHIPOUR, NIMA
  Tesis completa: (contacta con la Escuela de Doctorado para confirmar que eres un doctor acreditado y obtener el enlace a la tesis)
  Programa: FOTÓNICA
  Departamento: Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO)
  Modalidad: Normal
  Fecha de lectura: 21/03/2023
  Director/a de tesis: KONSTANTATOS, GERASIMOS
  

  Tribunal:
       PRESIDENT: EBRAHIM-ZADEH, MAJID
       SECRETARI: NORRIS, DAVID JAMES
       VOCAL: BROVELLI, SERGIO
  Resumen de tesis: Los puntos cuánticos de semiconductor sintetizados mediante procesos coloidales (CQDs) han resultado ser un prometedor medio de ganancia cuya obtención puede llevarse a cabo mediante técnicas de bajo coste y alta reproducibilidad química. Gracias al efecto del confinamiento cuántico, su longitud de onda puede modularse con precisión desde el visible hasta el infrarrojo. A pesar de todas estas ventajas, conseguir acción láser utilizando estos materiales presenta una gran dificultad, originada fundamentalmente por el alto grado de degeneración de los niveles energéticos más bajos, dando lugar a umbrales ópticos más altos. Esto hace que se requiera de múltiples excitones para conseguir la acción láser, lo que a su vez resulta en tiempos de ganancia muy reducidos por culpa de la recombinación Auger.Tras la primera demostración del láser utilizando CQDs, este campo ha experimentado un importante desarrollo utilizando materiales con emisión en el visible, limitando sus potenciales aplicaciones. La obtención de luz láser en la región infrarroja supondría por tanto un nuevo abanico de posibilidades para tecnologías tales como las telecomunicaciones ópticas, la fotónica integrada, la imagen biomédica o las aplicaciones LIDAR. Para la realización de todas ellas, es requisito fundamental el desarrollo de láseres infrarrojos en el rango 1.5-1.6 ¿m y que puedan operar a temperatura ambiente de forma estable.Las trampas electrónicas dentro de la banda prohibida son factores limitantes en el funcionamiento de los dispositivos optoelectrónicos. En el caso de los CQDs basados en PbS, los procesos Auger debidos a estas trampas dan lugar a altos umbrales de ganancia láser. Para mitigar dichos procesos, empleamos un nanocomposite a base de CQDs de PbS y nanocristales de ZnO, donde los CQDs actúan como medio de ganancia y los nanocristales de ZnO sirven de pasivantes de dichas trampas. Esta heteroestructura binaria suprime drásticamente los procesos Auger y reduce el umbral láser.La fuerte degeneración (8) de los estados energéticos fundamentales de la banda prohibida en los calcogenuros de plomo ha obstaculizado el desarrollo del láser infrarrojo basando en CQDs. En esta tesis, demostramos la supresión de los procesos Auger mediante el uso de CQDs con estructura núcleo (PbS)/corteza (PbSSe). También probamos que, mediante dopaje, es posible reducir el umbral láser a valores por debajo de 1 excitón/CQD gracias a la reducción en la absorción del estado fundamental. El uso de estos CQDs mejora sustancialmente el coeficiente modal neto del medio de ganancia, equiparándose al de los semiconductores infrarrojos del grupo III/V crecidos epitaxia.El uso de diodos láser infrarrojos fabricados mediante procesos en solución supondrá un cambio significativo en múltiples disciplinas. Mostramos que es posible la obtención de emisión estimulada de luz en un medio de ganancia ultrafino con un espesor por debajo del límite teórico para guías de onda planas gracias a la modificación del campo eléctrico mediante la inclusión de nanocristales de ZnO actuando como puntos dispersivos. Empleamos este medio activo para construir un dispositivo LED. Además, para evitar el problema de las pérdidas ópticas debidas a los contactos metálicos que hasta ahora habían dificultado la obtención de emisión estimulada, hemos empleado un óxido conductor transparente y grafeno como ánodo y cátodo de nuestro LED, respectivamente. Nuestra propuesta de LED demuestra que es posible la fabricación de un dispositivo de funcionamiento dual capaz de producir luminiscencia espontánea y estimulada mediante bombeo eléctrico y óptico, respectivamente.En resumen, hemos probado que el uso de CQDs ofrece una alternativa tecnológica para la producción de luz láser. Estos dispositivos basados en CQDs permiten fabricar fuentes láser de alto rendimiento mediante bombeo óptico. Además, su uso como medio activo en un di
  

• VILLEGAS JUAREZ, ARTURO: Optical parameter sensing: sensitivity limits and the advantages of using spatial modes of l ight
  
  Autor/a: VILLEGAS JUAREZ, ARTURO
  Tesis completa: (contacta con la Escuela de Doctorado para confirmar que eres un doctor acreditado y obtener el enlace a la tesis)
  Programa: FOTÓNICA
  Departamento: Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO)
  Modalidad: Normal
  Fecha de lectura: 26/04/2023
  Director/a de tesis: PEREZ TORRES, JUAN
  

  Tribunal:
       PRESIDENT: LOZA ALVAREZ, PABLO
       SECRETARI: BRASSELET, ETIENNE GARY
       VOCAL: KOOLEN, ARMAND EUGENE ALBERT
  Resumen de tesis: Las mejoras de resolución en técnicas modernas de metrología óptica se deben al significativo progreso tecnológico. El control preciso de la longitud de onda, ancho de banda y potencia de las fuentes de luz; la homogeneidad, los componentes de alta calidad y lisura superficial de los elementos ópticos; mas la alta estabilidad de nanoposicionadores y componentes optomecánicos, permite imagenología y detección más sensible, en ciertos escenarios, incluso más allá del límite de difracción estándar. Esto ha motivado un estudio más detallado de los limites fundamentales de un sistema óptico.El enfoque elegido para dirigirse a este problema consiste en considerar la imagenología óptica como un problema de estimación de parámetros. Con esto en mente, la teoría de estimación cuántica e inferencia estadística provee las herramientas para determinar los límites de precisión en la estimación. Comenzando por considerar el estado de luz como un estado cuántico que porta información de interés; el límite inferior de Cr\'amer-Rao provee un límite fundamental para la precisión alcanzable. En términos prácticos este límite inferior está diréctamente asociado con la resolución óptica.En esta tesis, presentamos un resumen de las herramientas útiles de la teoría de estimación cuántica que pueden ser aplicadas a la metrología óptica. Nos enfocamos en el límite inferior de Cr\'amer-Rao y proveemos métodos para calcularlo. Dado que el límite depende de características específicas del sistema, exploramos tres posibilidades específicas. Primero, presentamos con un ejemplo los regímenes de validez de diferentes límites; explícitamente %para calcular los parámetros de pares de fotones entrelazados en un en el marco de un sistema Lidar cuántico. Segundo, mostramos la dependencia en límite inferior de la selección del modelo fotónico, mostrando una discrepancia %entre N copias de un fotón individual y un estado coherente multimodo con N fotones promedio.entre dos modelos particulares. Tercero, estudiamos los efectos de ambientes con pérdidas en el contenido de información de un estado cuántico.Adicionalmente, presentamos las condiciones que una estrategia de medición debe satisfacer para alncanzar el límite fundamental. %Si la estrategia de medición no es factible, o no se puede implementar, se puede evaluar la mejora en la resolución de la técnica disponible comparando con el límite fundamental y el estándar.Para escenarios específicos de interés, métodos de medición basados en el uso de modos espaciales de luz permiten alcanzar asintóticamente el límite de resolución. Esto ha atraído la atención hacia la información que portan modos específicos, y ha motivado el diseño de estrategias de medición basadas en sondeo y detección usando modos espaciales. En esta tesis incluímos un resumen sobre modos espaciales de luz, su generación y detección, y su uso en detección óptica. Presentamos un método para localización de haces de luz en el plano tranversal usando informacion de los modos espaciales. Más aún, proponemos una técnica para recuperar la descomposición modal completa de un haz arbitrario, lo cual combinado con el conjunto adecuado de modos permite estimar ciertos parámetros de un estado óptico con la máxima precisión posible.Finalmente, motivados por la información contenida en haces ópticos que no es fácilmente accesible, exploramos el uso de inteligencia artificial para extraer información sobre las características espaciales de objetos, de su patrón de difracción; sin la necesidad de resolver el problema inverso ni utilizar un modelo físico de dispersión.
  

• WANG, YONGJIE: Eco-Friendly Solar Cells with Cation-Engineered AgBiS2 Nanocrystals
  
  Autor/a: WANG, YONGJIE
  Tesis completa: (contacta con la Escuela de Doctorado para confirmar que eres un doctor acreditado y obtener el enlace a la tesis)
  Programa: FOTÓNICA
  Departamento: Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO)
  Modalidad: Normal
  Fecha de lectura: 23/02/2023
  Director/a de tesis: KONSTANTATOS, GERASIMOS
  

  Tribunal:
       PRESIDENT: VAYNZOF, YANA
       SECRETARI: SAUCEDO SILVA, EDGARDO
       VOCAL: HOYE, ROBERT LIANQI ZHAO
  Resumen de tesis: 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.
  

Última actualización: 04/10/2023 05:01:11.

Grupos de investigación

• FOTONICA-Grup de Investigacion de Fotonica

Profesorado

• 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