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.

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.

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.

Silicon nanocluster sensitization of erbium ions under low-energy optical excitation

The sensitizing action of amorphous silicon nanoclusters on erbium ions in thin silica films has been studied under low-energy (long wavelength) optical excitation. Profound differences in fast visible and infrared emission dynamics have been found with respect to the high-energy (shortwavelength) case. These findings point out to a strong dependence of the energy transfer process on the optical excitation energy. Total inhibition of energy transfer to erbium states higher than thefirst excited state (4I13/2) has been demonstrated for excitation energy below 1.82 eV (excitation wavelength longer than 680 nm). Direct excitation of erbium ions to the first excited state (4I13/2)has been confirmed to be the dominant energy transfer mechanism over the whole spectral range of optical excitation used (540 nm¿680 nm).

Model for the emission of Si+ ions during oxygen bombardment of Si(100) surfaces

The variation in the emission of Si+ ions from ion-beam-induced oxidized silicon surfaces has been studied. The stoichiometry and the electronic structure of the altered layer has been characterized using x-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The XPS analysis of the Si 2p core level indicates the strong presence of suboxide chemical states when bombarding at angles of incidence larger than 30 °. Since the surface stoichiometry or degree of oxidation varies with the angle of incidence, the corresponding valence-band structures also differ among each other. A comparison between experimental measurements and theoretically calculated Si and SiO2 valence bands indicates that the valence bands for the altered layers are formed by a combination of those two. Since Si-Si bonds are present in the suboxide molecules, the top of the respective new valence bands are formed by the corresponding 3p-3p Si-like subbands, which extend up to the Si Fermi level. The changes in stoichiometry and electronic structure have been correlated with the emission of Si+ ions from these surfaces. From the results a general model for the Si+ ion emission is proposed combining the resonant tunneling and local-bond-breaking models.

Current transport and electroluminescence mechanisms in thin SiO2 films containing Si nanocluster-sensitized erbium ions.

We have studied the current transport and electroluminescence properties of metal oxide semiconductor MOS devices in which the oxide layer, which is codoped with silicon nanoclusters and erbium ions, is made by magnetron sputtering. Electrical measurements have allowed us to identify a Poole-Frenkel conduction mechanism. We observe an important contribution of the Si nanoclusters to the conduction in silicon oxide films, and no evidence of Fowler-Nordheim tunneling. The results suggest that the electroluminescence of the erbium ions in these layers is generated by energy transfer from the Si nanoparticles. Finally, we report an electroluminescence power efficiency above 10−3%. © 2009 American Institute of Physics. doi:10.1063/1.3213386

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.

Quantum chaos in SU(3) models with trapped ions

A scheme to generate long-range spin-spin interactions between three-level ions in a chain is presented, providing a feasible experimental route to the rich physics of well-known SU(3) models. In particular, we demonstrate different signatures of quantum chaos which can be controlled and observed in experiments with trapped ions.

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.

El Suro modificat, bescanviador iònic per l'adsorció de metalls preciosos (pal·ladi i platí)

El present treball, com a projecte final de carrera, té com objectiu estudiar la viabilitat del suro com a material alternatiu a compostos sintètics, com per exemple bescanviadors iònics convencionals. Està centrat al cas particular de la recuperació de Pal·ladi i Platí, metalls nobles d’alt valor econòmic i per tant amb un alt interès per la seva recuperació un cop usats.

Regulació del factor de transcripció NFAT5 per les quinases WNK1, SPAK i OSR1 i cerca de quinases activadores de la pròpia WNK1 en resposta a estrés osmòtic

Estudi elaborat a partir d’una estada a la School of Life Sciences de la University of Dundee, Gran Bretanya, entre gener i març del 2007.L'estrès osmòtic causa rà pidament l'activació de la quinasa WNK1, que fosforila i activa a continuació les quinases SPAK i OSR1, que alhora regulen canals i transportadors d’ions preexistents a la membrana cel•lular. El factor de transcripció NFAT5 és el principal regulador de la resposta cel•lular transcripcional secundà ria a hipertonicitat i s’ha descrit que les quinases p38, Fyn, PKA, ERK/MEK i ATM estan involucrades en la seva regulació post-traduccional. No obstant, com que la funció d’aquestes quinases no explica totalment els mecanismes d'activació de NFAT5, s’ha estudiat si l’activitat transcripcional de NFAT5 pot estar regulada per WNK1, SPAK o OSR1. Així doncs, es va observar que l’activitat d’un reporter dependent de NFAT5 no es veu afectada per la presència de cap de les quinases anteriors, en la seva forma wild-type o dominant negatiu. D’altra banda, es va estudiar quin domini de WNK1 és necessari per a que pugui respondre a hipertonicitat i quines quinases poden estar involucrades en la fosforilació de la serina 382 de WNK1. En conclusió, les dades obtingudes apunten que l’activació de WNK1 en resposta a estrès osmòtic requereix la seva fosforilació en la serina 382 per quinases upstream com PAK2 o RSK i que també és necessari un dels seus dominis coiled-coil, almenys els aminoà cids 558 i 561. Aquests processos, però, semblen ser independents de l’activació de NFAT5 en resposta a hipertonicitat.   

Microsensors químics: ISFET i MEMFET

Treball de recerca realitzat per un alumne d’ensenyament secundari i guardonat amb un Premi CIRIT per fomentar l'esperit científic del Jovent l’any 2008. La nanobiotecnologia és una branca de la nanociència i/o nanotecnologia que previsiblement tindrà un gran creixement i impacte durant els propers anys en molts camps i especialment en el de la diagnosi i tractament de malalties. Això requereix disposar de biosensors a escala nanomètrica que siguin molt sensibles i selectius enfront d’agents químics i biològics, a fi de poder obtenir dades en temps real “in situ” a nivell cel•lular i facilitar tractaments específics i personalitzats. Un petit pas previ als nanobiosensors són els microsensors químics, que poden ser fàcilment implantats en teixits humans sense lesionar-los i proporcionar mesures freqüents o contínues del pH o de la concentració de diversos ions que són dades importants per determinar l’estat de salut d’una persona. Els sensors ISFET tenen una configuració que els permet detectar i mesurar les concentracions de ions H+, per tant mesuren el pH. Entre les seves aplicacions hi destaca la gran eficàcia en la detecció del ió H+ en petites concentracions, que, entre altres usos com els biomèdics, és de gran importància en la mesura de la qualitat dels terrenys de cultiu. Si el sensor tipus ISFET és modificat mitjançant una membrana, com es fa en el present treball, pot desenvolupar moltes aplicacions en el camp de la salut, com és el cas de la detecció de cèl•lules mortes dins el cos humà, i per tant detectar de manera precoç la necrosi.