Ab initio valence-bond cluster model for ionic solids: Alkaline-earth oxides

A linear M-O-M (M=metal, O=oxygen) cluster embedded in a Madelung field, and also including the quantum effects of the neighboring ions, is used to represent the alkaline-earth oxides. For this model an ab initio wave function is constructed as a linear combination of Slater determinants written in an atomic orbital basis set, i.e., a valence-bond wave function. Each valence-bond determinant (or group of determinants) corresponds to a resonating valence-bond structure. We have obtained ab initio valence-bond cluster-model wave functions for the electronic ground state and the excited states involved in the optical-gap transitions. Numerical results are reasonably close to the experimental values. Moreover, the model contains the ionic model as a limiting case and can be readily extended and improved.

Measures of ionicity of alkaline-earth oxides from the analysis of ab initio cluster wave functions

We present an analysis of the M-O chemical bonding in the binary oxides MgO, CaO, SrO, BaO, and Al2O3 based on ab initio wave functions. The model used to represent the local environment of a metal cation in the bulk oxide is an MO6 cluster which also includes the effect of the lattice Madelung potential. The analysis of the wave functions for these clusters leads to the conclusion that all the alkaline-earth oxides must be regarded as highly ionic oxides; however, the ionic character of the oxides decreases as one goes from MgO, almost perfectly ionic, to BaO. In Al2O3 the ionic character is further reduced; however, even in this case, the departure from the ideal, fully ionic, model of Al3+ is not exceptionally large. These conclusions are based on three measures, a decomposition of the Mq+-Oq- interaction energy, the number of electrons associated to the oxygen ions as obtained from a projection operator technique, and the analysis of the cation core-level binding energies. The increasing covalent character along the series MgO, CaO, SrO, and BaO is discussed in view of the existing theoretical models and experimental data.

Structural factors impacting carrier transport and electroluminescence from Si nanocluster-sensitized Er ions.

We present an analysis of factors influencing carrier transport and electroluminescence (EL) at 1.5 µm from erbium-doped silicon-rich silica (SiOx) layers. The effects of both the active layer thickness and the Si excess content on the electrical excitation of erbium are studied. We demonstrate that when the thickness is decreased from a few hundred to tens of nanometers the conductivity is greatly enhanced. Carrier transport is well described in all cases by a Poole-Frenkel mechanism, while the thickness-dependent current density suggests an evolution of both density and distribution of trapping states induced by Si nanoinclusions. We ascribe this observation to stress-induced effects prevailing in thin films, which inhibit the agglomeration of Si atoms, resulting in a high density of sub-nm Si inclusions that induce traps much shallower than those generated by Si nanoclusters (Si-ncs) formed in thicker films. There is no direct correlation between high conductivity and optimized EL intensity at 1.5 µm. Our results suggest that the main excitation mechanism governing the EL signal is impact excitation, which gradually becomes more efficient as film thickness increases, thanks to the increased segregation of Si-ncs, which in turn allows more efficient injection of hot electrons into the oxide matrix. Optimization of the EL signal is thus found to be a compromise between conductivity and both number and degree of segregation of Si-ncs, all of which are governed by a combination of excess Si content and sample thickness. This material study has strong implications for many electrically driven devices using Si-ncs or Si-excess mediated EL.

1.84 micron emission of Tm3+ sensitized by Yb3+ ions in monoclinic KGd(WO4)2 single crystals

By exciting at 940 nm, we have characterized the 1.84 m near infrared emission of trivalent thulium ions in Yb3+, Tm3+:KGd WO4 2 single crystals as a function of the dopant concentration and temperature, from 10 K to room temperature. An overall 3H6 Stark splitting of 470 cm−1 for the Tm3+ ions in the Yb3+, Tm3+:KGd WO4 2 was obtained. We also studied the blue emission at 476 nm Tm3+ and the near infrared emissions at 1.48 m Tm3+ and 1 m Yb3+ as a function of the dopant concentration. Experimental decay times of the 1G4, 3H4, and 3F4 Tm3+ and 2F5/2 Yb3+ excited states have been measured as a function of Yb3+ and Tm3+ ion concentrations. For the 3F4 →3H6 transition of Tm3+ ions, we used the reciprocity method to calculate the maximum emission cross section of 3.07 10−20 cm2 at 1.84 m for the polarization parallel to the Nm principal optical direction.

Determinació de la ubicació estructural dels ions Yb3+ i Nb3+ en Yb:RTP, Nb:RTP i (Nb,Yb):RTP

Estudi elaborat a partir d’una estada al Stony Brook University al juliol del 2006. El RbTiOPO4 (RTP) monocristal•lí és un material d' òptica no lineal molt rellevant i utilitzat en la tecnologia làser actual, químicament molt estable i amb unes propietats físiques molt destacades, entre elles destaquen els alts coeficients electro-òptics i l'alt llindar de dany òptic que presenta. En els últims anys s’està utilitzant tecnològicament en aplicacions d'òptica no lineal en general i electro-òptiques en particular. En alguns casos ja ha substituït, millorant prestacions, a materials tals com el KTP o el LNB(1). Dopant RTP amb ions lantànids (Ln3+) (2-4), el material es converteix en un material làser auto-doblador de freqüència, combinant les seves propietats no lineals amb les de matriu làser. El RTP genera radiació de segon harmònic (SHG) a partir d’un feix fonamental amb longituds d’ona inferiors a 990 nm, que és el límit que presenta el KTP.La determinació de la ubicació estructural i l’estudi de l'entorn local del ions actius làser és de fonamental importància per a la correcta interpretació de les propietats espectroscòpiques d’aquest material. Mesures de difracció de neutrons sobre mostra de pols cristal•lí mostren que els ions Nb5+ i Ln3+ només substitueixin posicions de Ti4+ (8-9). Estudis molt recents d'EPR (electron paramagnetic resonance) semblen indicar que quan la concentració d'ió Ln3+ es baixa, aquest ió presenta la tendència a substituir l'ió alcalí present a l'estructura (10).Després dels resultats obtinguts en el present treball a partir de la tècnica EXAFS a la instal•lació sincrotò del Brookhaven National Laboratory/State University of New York (Stony Brook) es pot concloure definitivament que els ions Nb s’ubiquen en la posició Ti (1) i que els ions Yb3+ es distribueixen paritariament en les dues posicions del Ti (1 i 2). Aquests resultats aporten una valuosa informació per a la correcta interpretació dels espectres, tant d’absorció com d’emissió, del material i per la avaluació dels paràmetres del seu comportament durant l'acció làser.

Interfaz de usuario de un sistema multi-robot de reconocimiento de superficies con Google Earth

Els sistemes multi-robot de reconeixement de superfícies es poden utilitzar tant per a l'exploració de llocs remots, de difícil accés o perillosos. Normalment, els robots no són autònoms, depenen d'operadors humans per dirigir-los. La informació que capten ha de ser processada i mostrada a l'usuari o usuària del sistema de forma intel·ligible. Un exemple d'aplicació seria el d'un sistema multirobot format per diversos helicòpters no tripulats que proporciona informació d'una àrea que ha patit algun desastre. El sistema informàtic recolliria la informació i la transmetria al coordinador de l'operatiu d'assistència de l'emergència. La idea del projecte és la de combinar la informació proporcionada pel sistema multi-robot amb la de la zona disponible a Google Earth i fer d'aquesta eina l'interfície d'usuari de l'aplicació.

Sistema de navegació geogràfica de tipus Google Earth per a entorns dinàmics

L’objectiu principal és avaluar un sistema que hagués de mostrar les imatges captades per una càmera que està filmant un entorn canviant sobre l’aplicació Google Earth. Es tractaria d’estudiar com es podria aprofitar aquesta aplicació i analitzar el rendiment que obtenim utilitzant-la per a navegar per un entorn dinàmic. S’hauria d’avaluar si és possible arribar a visualitzar l’entorn a una freqüència de 25 frames per segon.

Implementació en Geomedia PRO d'un exportador a KML per visualitzar dades 4D en Google Earth

Treball consistent en la construcció d'un exportador a format KML de mapes temàtics pel producte Geomedia PRO 6.1 possibilitant l'observació del component del temps sobre un globus virtual com és Google Earth. Mitjançant les dades de la xarxa XEMEC, es mostrarà un mapa temàtic d'exemple amb les dades d'intensitat i direcció del vent recollides en un període d'un any.

Inducció local de magnetisme mitjançant irradiació d'ions a través de màscares

Degut a la gran demanda tecnològica, actualment hi ha un gran interès en desenvolupar medis magnètics amb entitats ferromagnètiques de dimensions nanomètriques. Aquesta demanda promou la investigació i el desenvolupament de nous materials i processos de fabricació que permetin controlar d’una manera més precisa les propietats magnètiques i estructurals. Entre els mètodes de litografia convencionals (per exemple deposició física a través de màscares, deposició química en fase vapor i electrodeposició), recentment s’ha demostrat que la irradiació amb ions a través de màscares pre‐litografiades, sembla ser un bon mètode per a la fabricació d’estructures ferromagnètiques de l’ordre dels nanòmetres. Aquesta tècnica pot ser aplicada per aprofitar la transició paramagnètica‐ferromagnètica que presenten alguns materials al ser desordenats estructuralment (per exemple FeAl, FePt3, Ni3Sn2). En el treball que es presenta a continuació s’utilitza l’aliatge Fe60Al40 per a fabricar estructures ferromagnètiques embegudes en una matriu paramagnètica mitjançant irradiació amb ions d’argó a través d’una membrana de polimetil metacrilat (PMMA) prèviament litografiada amb feixos d’electrons (EBL). La fabricació d’aquest sistema té com a objectiu d’estudiar l’evolució de la morfologia i el gruix de PMMA (a partir de SEM i AFM) i del comportament magnètic de les estructures fabricades (MFM i MOKE), quan és irradiat consecutivament a diferents energies. Per a completar l’estudi s’han utilitzat simulacions per a determinar les condicions d’irradiació (TRIM), com per a una millor comprensió dels resultats (simulacions micromagnètiques). El contingut de la memòria inclou una breu introducció històrica i conceptual sobre el magnetisme. A continuació s’exposen les tècniques necessàries per a la fabricació, preparació i caracterització de la mostra. Finalment es presenta una discussió dels resultats obtinguts i les conclusions.

Porting and performance analysis of EC-Earth System on the BSC-MareNostrum Supercomputer

Earth System Models (ESM) have been successfuly developed over past few years, and are currently beeing used for simulating present day-climate, seasonal to interanual predictions of climate change. The supercomputer performance plays an important role in climate modeling since one of the challenging issues for climate modellers is to efficiently and accurately couple earth System components on present day computers architectures. At the Barcelona Supercomputing Center (BSC), we work with the EC- Earth System Model. The EC- Earth is an ESM, which currently consists of an atmosphere (IFS) and an ocean (NEMO) model that communicate with each other through the OASIS coupler. Additional modules (e.g. for chemistry and vegetation ) are under development. The EC-Earth ESM has been ported successfully over diferent high performance computin platforms (e.g, IBM P6 AIX, CRAY XT-5, Intelbased Linux Clusters, SGI Altix) at diferent sites in Europ (e.g., KNMI, ICHEC, ECMWF). The objective of the first phase of the project was to identify and document the issues related with the portability and performance of EC-Earth on the MareNostrum supercomputer, a System based on IBM PowerPC 970MP processors and run under a Linux Suse Distribution. EC-Earth was successfully ported to MareNostrum, and a compilation incompatibilty was solved by a two step compilation approach using XLF version 10.1 and 12.1 compilers. In addition, the EC-Earth performance was analyzed with respect to escalability and trace analysis with the Paravear software. This analysis showed that EC-Earth with a larger number of IFS CPUs (<128) is not feasible at the moment since some issues exists with the IFS-NEMO balance and MPI Communications.

Earth's Changing Land

Entre el 14 i el 18 de març de 1998 es va celebrar a Barcelona la conferència Earth’s Changing Land sota la tutela dels programes internacionals Global Change in Terrestrial Ecosystems (GCTE) i Land Use and Land Cover Change (LUCC). L’objectiu principal de la trobada era presentar les darreres aportacions científiques sobre els efectes presents i previsibles del canvi global sobre els ecosistemes terrestres i la societat. Al mateix temps, es volia afavorir l’establiment de ponts de diàleg entre els professionals implicats en el canvi global

Morfogènesi de pilars de terra (earth Pillars, hoodoos). Exemples de la Riera de Gaià (Vallès Occidental, Barcelona) i del Bernal de Yátor (Las Alpujarras, Granada)

The origin and the primary features of the erosive earth pillar-like formations that develop in the Riera de Gaià (Barcelona) and in the Bernal de Yátor (Granada) are described. They are dynamic formations typical of areas subjected to strong water erosion

Aprovechamiento educativo y turístico de formas erosivas tipo pilares de tierra (earth pillars, hoodoos) : ejemplos de la riera de Gaià (Vallès occidental, Barcelona) y del Bernal de Yátor (la Alpujarra, Granada)

Se describen los principales rasgos geomorfológicos de las formas erosivas de tipo pilares de tierra que se desarrollan en la Riera de Gaià (Barcelona) y en el Bernal de Yátor (Granada) Se trata de formas dinámicas, propias de zonas sometidas a una fuerte erosión hídrica, con un elevado interés científico, estético y didáctico

Caracterització de les metal·lotioneïnes CnMT1 i CnMT2 del fong Cryptococcus neoformans. Estudi de la capacitat coordinant davant dels ions Zn(II), Cd(II) i Cu(I)

En aquest treball de recerca, s’han estudiat les dues isoformes de metal·lotioneïna CnMT1 i CnMT2 presents en el fong patogen Cryptococcus neoformans. Recentment s’ha descobert que aquest fong té com a factor de virulència, els nivells de coure del medi on es troba. Les dues isoformes produïdes en medis rics en Zn(II) s’han utilitzat per a fer valoracions amb Cu(I) i Cd(II), i s’ha seguit l’evolució dels experiments mitjançant les tècniques DC, UV-vis, i ESI-MS. S’ha pogut observar que les dues isoformes tenen preferència per enllaçar Cu(I). Per altra banda també s’ha establert una gran homologia entre les dues seqüències.

Optimum Redundant Array Configurations for Earth Observation Aperture Synthesis Microwave Radiometers

Two-dimensional aperture synthesis radiometry is the technologyselected for ESA's SMOS mission to provide high resolution L-bandradiometric imagery. The array topology is a Y-shaped structure. Theposition and number of redundant elements to minimise instrumentdegradation in case of element failure(s) are studied.