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.

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.

Microscopic description of the twist mode in normal and superfluid trapped Fermi gases

We investigate the "twist" mode (rotation of the upper against the lower hemisphere) of a dilute atomic Fermi gas in a spherical trap. The normal and superfluid phases are considered. The linear response to this external perturbation is calculated within the microscopic Hartree-Fock-Bogoliubov approach. In the normal phase the excitation spectrum is concentrated in a rather narrow peak very close to the trapping frequency. In the superfluid phase the strength starts to be damped and fragmented and the collectivity of the mode is progressively lost when the temperature decreases. In the weak-pairing regime some reminiscence of the collective motion still exists, whereas in the strong-pairing regime the twist mode is completely washed out. The disappearance of the twist mode in the strong-pairing regime with decreasing temperature is interpreted in the framework of the two-fluid model.

Collective and single-particle excitations of a trapped Bose gas

The density of states of a Bose-condensed gas confined in a harmonic trap is investigated. The predictions of Bogoliubov theory are compared with those of Hartree-Fock theory and of the hydrodynamic model. We show that the Hartree-Fock scheme provides an excellent description of the excitation spectrum in a wide range of energy, revealing a major role played by single-particle excitations in these confined systems. The crossover from the hydrodynamic regime, holding at low energies, to the independent-particle regime is explicitly explored by studying the frequency of the surface mode as a function of their angular momentum. The applicability of the semiclassical approximation for the excited states is also discussed. We show that the semiclassical approach provides simple and accurate formulas for the density of states and the quantum depletion of the condensate.

Off-axis vortices in trapped Bose-condensed gases: Angular momentum and frequency splitting

We consider noncentered vortices and their arrays in a cylindrically trapped Bose-Einstein condensate at zero temperature. We study the kinetic energy and the angular momentum per particle in the Thomas-Fermi regime and their dependence on the distance of the vortices from the center of the trap. Using a perturbative approach with respect to the velocity field of the vortices, we calculate, to first order, the frequency shift of the collective low-lying excitations due to the presence of an off-center vortex or a vortex array, and compare these results with predictions that would be obtained by the application of a simple sum-rule approach, previously found to be very successful for centered vortices. It turns out that the simple sum-rule approach fails for off-centered vortices.

Symmetry breaking in small rotating clouds of trapped ultracold Bose atoms

We study the signatures of rotational and phase symmetry breaking in small rotating clouds of trapped ultracold Bose atoms by looking at rigorously defined condensate wave function. Rotational symmetry breaking occurs in narrow frequency windows, where energy degeneracy between the lowest energy states of different total angular momentum takes place. This leads to a complex condensate wave function that exhibits vortices clearly seen as holes in the density, as well as characteristic local phase patterns, reflecting the appearance of vorticities. Phase symmetry (or gauge symmetry) breaking, on the other hand, is clearly manifested in the interference of two independent rotating clouds.