Després del Big Bang: les forces de canvi i la formació electrònica

Pete Johnston fa un repàs del què poden representar els desenvolupaments recents en el camp de la formació electrònica per als professionals que es fan càrrec dels recursos d'informació requerits com a suport a l'ensenyament i l'aprenentatge.

Disseny i implementació d'una etapa d'acondicionament per a mesures de conductivitat realitzades amb un microscopi de forces atòmiques

En aquest treball, s’ha dissenyat un mòdul d’acondicionament a fi de millorar les mesures de conductivitat realitzades amb un AFM (Microscopi de Forces Atòmiques). L’equip actual disposa d’un preamplificador de baix soroll amb un guany de 10 10V/A. Donat que els corrents que es pretenen mesurar són extremadament petits (~pA), s’ha dissenyat un filtre per eliminar diferents fonts de soroll, com ara el soroll que introdueix la xarxa elèctrica a 50Hz. Es pretén reduir aquesta component freqüencial un factor mínim de 10 (20dB). També s’ha afegit un filtre passa baixos per eliminar els soroll que es troba fora de l’amplada de banda del preamplificador. S’ha introduït una etapa d’amplificació de guany variable: 1, 10 i 100 per augmentar la flexibilitat de l’equip i finalment també s’ha dissenyat una etapa per eliminar la tensió d’offset d’aquest amplificador. L’abast del treball anirà des del disseny fins la implementació final sobre una placa PCB.

Nanotermoparells: heterounions de nanowires

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada a la University of California a Irvine, EEUU, entre juliol del 2007 i gener del 2008. Els termoparells són actualment els sensors de temperatura més populars i més utilitzats per a un ampli rang d’aplicacions: industrials, domèstiques, etc. Aconseguir miniaturar els dispositius fins a dimensions extremadament petites obra un ampli rang de noves aplicacions per aquests dispositius, per exemple, en el camp de la tecnologia lab-on-a-chip. En aquesta investigació, el concepte de termoparell, és a dir, dos cables de diferent metall connectats per un extrem s’ha extrapolat a l’escala nanomètrica, utilitzant nanowires com a element de construcció. Aquests nanowires s’han sintetitzat a través d’un nou procediment desenvolupat en el grup d’investigació de la Universitat de California, Irvine, que ha permès treballar amb nanowires de diferents dimensions (control independent de l’alçada i amplada) i un major grau d’èxit en la fabricació d’aquests termometres. El mètode també permet dipositar aquestes nanoestructures sobre substractes no conductors de manera controlable, simplificant notablement tot el procés de fabricació. L’obtenció d’aquests dispositius ha permès demostrar que, a part de ser bons sensors de temperatura a nivell macroscòpic (fonts de calor ambientals), també permet la determinació de temperatura a nivell microscòpic (fonts de calor focalitzada, com és el cas de feixos làser). Per a la seva caracterització ha estat necessari l’ús de tecnologia puntera (làsers, amplificadors, microscopis de forces atòmiques) i inclòs el disseny de nous dispositius. Aquests nanotermoparells presenten propietats extraordinàries, com una gran sensitivitat, gran velocitat de resposta a estímuls tèrmics, i un comportament estable vers l’ús i el temps.

Forces de Casimir i les seves aplicacions

Report for the scientific sojourn carried out at the Darmouth College, from august 2007 until february 2008. It has been very successful, from different viewpoints: scientific, philosophical, human. We have definitely advanced, during the past six months, towards the comprehension of the behaviour of the fluctuations of the quantum vacuum in the presence of boundaries, moving and non-moving, and also in situations where the topology of space-time changes: the dynamical Casimir effect, regularization problems, particle creation statistics, according to different BC, etc. We have solved some longstanding problems and got in this subject quite remarkable results (as we will explain in more detail below). We also pursued a general approach towards a viable modified f(R) gravity in both the Jordan and the Einstein frames (which are known to be mathematically equivalent, but physically not so). A class of exponential, realistic modified gravities has been introduced by us and investigated with care. Special focus was made on step-class models, most promising from the phenomenological viewpoint and which provide a natural way to classify all viable modified gravities. One- and two-steps models were considered, but the analysis is extensible to N-step models. Both inflation in the early universe and the onset of recent accelerated expansion arise in these models in a natural, unified way, what makes them very promising. Moreover, it is monstrated in our work that models in this category easily pass all local tests, including stability of spherical body solution, non-violation of Newton's law, and generation of a very heavy positive mass for the additional scalar degree of freedom.

Forces

Aquest treball descriu una unitat didàctica de Física per estudiants de 4rt d’ESO. Els següents conceptes son introduïts i practicats durant un total de nou sessions: massa i pes, diferents tipus de forces, representació vectorial de forces, i dinàmica. A més dels exercicis de classe estàndard, els alumnes són exposats a dos laboratoris virtuals diferents que els ajuden a visualitzar i explorar els conceptes esmentats. Els estudiants més motivats poden escollir fer exercicis addicionals d’una llista d’activitats lliures. La unitat inclou una descripció completa de totes les activitats proposades.

Interface dynamics in Hele-Shaw flows with centrifugal forces. Preventing cusp singularities with rotation

A class of exact solutions of Hele-Shaw flows without surface tension in a rotating cell is reported. We show that the interplay between injection and rotation modifies the scenario of formation of finite-time cusp singularities. For a subclass of solutions, we show that, for any given initial condition, there exists a critical rotation rate above which cusp formation is suppressed. We also find an exact sufficient condition to avoid cusps simultaneously for all initial conditions within the above subclass.

Design of surface forces apparatus for tribology studies combined with nonlinear optical spectroscopy

We describe the design, calibration, and performance of surface forces apparatus with the capability of illumination of the contact interface for spectroscopic investigation using optical techniques. The apparatus can be placed in the path of a Nd-YAG laser for studies of the linear response or the second harmonic and sum-frequency generation from a material confined between the two surfaces. In addition to the standard fringes of equal chromatic order technique, which we have digitized for accurate and fast analysis, the distance of separation can be measured with a fiber-optic interferometer during spectroscopic measurements (2 Å resolution and 10 ms response time). The sample approach is accomplished through application of a motor drive, piezoelectric actuator, or electromagnetic lever deflection for variable degrees of range, sensitivity, and response time. To demonstrate the operation of the instrument, the stepwise expulsion of discrete layers of octamethylcyclotetrasiloxane from the contact is shown. Lateral forces may also be studied by using piezoelectric bimorphs to induce and direct the motion of one surface.

Optimized back-focal-plane interferometry directly measures forces of optically trapped particles

Back-focal-plane interferometry is used to measure displacements of optically trapped samples with very high spatial and temporal resolution. However, the technique is closely related to a method that measures the rate of change in light momentum. It has long been known that displacements of the interference pattern at the back focal plane may be used to track the optical force directly, provided that a considerable fraction of the light is effectively monitored. Nonetheless, the practical application of this idea has been limited to counter-propagating, low-aperture beams where the accurate momentum measurements are possible. Here, we experimentally show that the connection can be extended to single-beam optical traps. In particular, we show that, in a gradient trap, the calibration product κ·β (where κ is the trap stiffness and 1/β is the position sensitivity) corresponds to the factor that converts detector signals into momentum changes; this factor is uniquely determined by three construction features of the detection instrument and does not depend, therefore, on the specific conditions of the experiment. Then, we find that force measurements obtained from back-focal-plane displacements are in practice not restricted to a linear relationship with position and hence they can be extended outside that regime. Finally, and more importantly, we show that these properties are still recognizable even when the system is not fully optimized for light collection. These results should enable a more general use of back-focal-plane interferometry whenever the ultimate goal is the measurement of the forces exerted by an optical trap.

Optimized back-focal-plane interferometry directly measures forces of optically trapped particles

Back-focal-plane interferometry is used to measure displacements of optically trapped samples with very high spatial and temporal resolution. However, the technique is closely related to a method that measures the rate of change in light momentum. It has long been known that displacements of the interference pattern at the back focal plane may be used to track the optical force directly, provided that a considerable fraction of the light is effectively monitored. Nonetheless, the practical application of this idea has been limited to counter-propagating, low-aperture beams where the accurate momentum measurements are possible. Here, we experimentally show that the connection can be extended to single-beam optical traps. In particular, we show that, in a gradient trap, the calibration product κ·β (where κ is the trap stiffness and 1/β is the position sensitivity) corresponds to the factor that converts detector signals into momentum changes; this factor is uniquely determined by three construction features of the detection instrument and does not depend, therefore, on the specific conditions of the experiment. Then, we find that force measurements obtained from back-focal-plane displacements are in practice not restricted to a linear relationship with position and hence they can be extended outside that regime. Finally, and more importantly, we show that these properties are still recognizable even when the system is not fully optimized for light collection. These results should enable a more general use of back-focal-plane interferometry whenever the ultimate goal is the measurement of the forces exerted by an optical trap.

Land use changes, landscape ecology and their socioeconomic driving forces in the Spanish Mediterranean coast (the Maresme County, 1850-2005)

[cat] Utilitzem un conjunt de mètriques del paisatge per estudiar l'evolució a llarg termini seguida en una típica zona costanera del Mediterrani des de 1850 fins a 2005, que mostren una greu deterioració del medi ambient entre 1950 i 2005. Les principals forces motores d'aquesta degradació del paisatge han estat el creixement urbà experimentat a les antigues zones agrícoles situades a les planes litorals, juntament amb l'abandonament i la reforestació dels vessants dels pujols interceptats per àrees residencials de baixa densitat, carreteres i altres infraestructures lineals. Duem a terme una anàlisi estadística de redundància (RDA) amb la finalitat d'identificar els que considerem com alguns agents rectors socioeconòmics i polítics d'última instància d'aquests impactes ambientals. Els resultats confirmen les nostres hipòtesis interpretatives, que són que: 1) els canvis en les cobertes i usos del sòl determinen canvis en les propietats dels paisatge, tant estructurals com funcionals; 2) aquests canvis no es produeixen per atzar, sinó que estan relacionats amb factors geogràfics i forces socioeconòmiques i polítiques.

Land use changes, landscape ecology and their socioeconomic driving forces in the Spanish Mediterranean coast (the Maresme County, 1850-2005)

[cat] Utilitzem un conjunt de mètriques del paisatge per estudiar l'evolució a llarg termini seguida en una típica zona costanera del Mediterrani des de 1850 fins a 2005, que mostren una greu deterioració del medi ambient entre 1950 i 2005. Les principals forces motores d'aquesta degradació del paisatge han estat el creixement urbà experimentat a les antigues zones agrícoles situades a les planes litorals, juntament amb l'abandonament i la reforestació dels vessants dels pujols interceptats per àrees residencials de baixa densitat, carreteres i altres infraestructures lineals. Duem a terme una anàlisi estadística de redundància (RDA) amb la finalitat d'identificar els que considerem com alguns agents rectors socioeconòmics i polítics d'última instància d'aquests impactes ambientals. Els resultats confirmen les nostres hipòtesis interpretatives, que són que: 1) els canvis en les cobertes i usos del sòl determinen canvis en les propietats dels paisatge, tant estructurals com funcionals; 2) aquests canvis no es produeixen per atzar, sinó que estan relacionats amb factors geogràfics i forces socioeconòmiques i polítiques.