Study of the tightness of the metallization used on top of a thin film capacitor cell

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia de Materiais

Desenvolvimento e caracterização de díodos orgânicos emissores de luz

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Eletrónica Industrial e Computadores

Electronic structure and optical signatures of semiconducting transition metal dichalcogenide nanosheets

CONSPECTUS: Two-dimensional (2D) crystals derived from transition metal dichalcogenides (TMDs) are intriguing materials that offer a unique platform to study fundamental physical phenomena as well as to explore development of novel devices. Semiconducting group 6 TMDs such as MoS2 and WSe2 are known for their large optical absorption coefficient and their potential for high efficiency photovoltaics and photodetectors. Monolayer sheets of these compounds are flexible, stretchable, and soft semiconductors with a direct band gap in contrast to their well-known bulk crystals that are rigid and hard indirect gap semiconductors. Recent intense research has been motivated by the distinct electrical, optical, and mechanical properties of these TMD crystals in the ultimate thickness regime. As a semiconductor with a band gap in the visible to near-IR frequencies, these 2D MX2 materials (M = Mo, W; X = S, Se) exhibit distinct excitonic absorption and emission features. In this Account, we discuss how optical spectroscopy of these materials allows investigation of their electronic properties and the relaxation dynamics of excitons. We first discuss the basic electronic structure of 2D TMDs highlighting the key features of the dispersion relation. With the help of theoretical calculations, we further discuss how photoluminescence energy of direct and indirect excitons provide a guide to understanding the evolution of the electronic structure as a function of the number of layers. We also highlight the behavior of the two competing conduction valleys and their role in the optical processes. Intercalation of group 6 TMDs by alkali metals results in the structural phase transformation with corresponding semiconductor-to-metal transition. Monolayer TMDs obtained by intercalation-assisted exfoliation retains the metastable metallic phase. Mild annealing, however, destabilizes the metastable phase and gradually restores the original semiconducting phase. Interestingly, the semiconducting 2H phase, metallic 1T phase, and a charge-density-wave-like 1T' phase can coexist within a single crystalline monolayer sheet. We further discuss the electronic properties of the restacked films of chemically exfoliated MoS2. Finally, we focus on the strong optical absorption and related exciton relaxation in monolayer and bilayer MX2. Monolayer MX2 absorbs as much as 30% of incident photons in the blue region of the visible light despite being atomically thin. This giant absorption is attributed to nesting of the conduction and valence bands, which leads to diversion of optical conductivity. We describe how the relaxation pathway of excitons depends strongly on the excitation energy. Excitation at the band nesting region is of unique significance because it leads to relaxation of electrons and holes with opposite momentum and spontaneous formation of indirect excitons.

Estudi comparatiu entre un adob natural i un adob químic

Treball de recerca realitzat per una alumna d’ensenyament secundari i guardonat amb un Premi CIRIT per fomentar l'esperit científic del Jovent l’any 2005. La revolució verda dels anys setanta incrementà la producció agrícola gràcies a la utilització d'adobs químics com a fertilitzants nitrogenats. Tanmateix, la fabricació i l'ús indiscriminat d'aquests adobs ha ocasionat problemes ambientals, sobretot quant a la contaminació dels aqüifers. Per trobar una alternativa a aquests problemes es fan servir els adobs naturals, una solució més ecològica. S’ha comparat el creixement de la planta Sorghum sp. amb un adob químic i de la Mucuna pruriens amb un adob natural, utilitzant una lleguminosa que presenta nòduls de Rhizobium (bacteri fixador de nitrogen atmosfèric). Es parteix de la hipòtesi que Sorghum sp. obtindrà un creixement major i una granació més abundant quan és conreada en associació amb Mucuna pruriens.

Thickening of phase change materials (PCM) to avoid segregation

Estudi elaborat a partir d’una estada a Çukurova University, Turquia, al juliol del 2006. L’emmagatzematge d’energia tèrmica ha atret interès en aplicacions tèrmiques com l’aigua calenta, la calefacció i l’aire condicionat. Aquests sistemes són útils per corregir la no coincidència entre la oferta i la demanda d’energia. Principalment hi ha dos tipus de sistemes d’emmagatzematge d’energia tèrmica, emmagatzematge amb calor sensible i amb calor latent. L’emmagatzematge amb calor latent és particularment atractiu degut a la seva habilitat de donar una densitat d’emmagatzematge d’energia més alt i la seva característica d’emmagatzemar calor a una temperatura constant corresponent a la temperatura de transició de fase de la substància emmagatzemadora de calor. Les salts hidratades orgàniques tenen certes avantatges com a materials d’emmagatzematge de calor latent sobre els materials orgànics. En canvi, quan les salts hidratades s’utilitzen com a materials de canvi de fase (PCM) apareixen alguns problemes en les aplicacions d’emmagatzematge de calor latent. Aquests són el subrefredament de les salts hidratades quan es congelen degut a les seves dèbils propietats de nucleació, i la separació de fase que hi apareix degut a una fusió incongruent. En aquest estudi, s’estabilitza sal de Glauber (Na2SO4.10H2O) amb diferents concentracions de poliacrilamida i gelatina per prevenir la fusió incongruent. Per prevenir el subrefredament s’utilitza un agent nucleant amb una estructura cristal•lina semblant a la de la sal de Glauber. La capacitat d’emmagatzematge de calor de les mostres de PCM estabilitzades amb diferents concentracions de gels polimèrics es determinen amb DCS i amb el mètode T-history.

Manuel Cardona i Castro

Biografia del físic Manuel Cardona i Castro, autoritat mundial en l’estudi dels semiconductors i dels superconductors i gran promotor de la física a l’Amèrica Llatina.

Joan Oró

Biografia del Doctor Joan Oró, especialista en bioquímica i biofísica i autor d'importants estudis sobre els compostos orgànics existents en sediments terrestres, meteorits i mostres de la Lluna, així com col·laborador en projectes de la NASA.

Efectes del procés de compostatge en la toxicitat per a organismes del sòl d'adobs derivats de fangs de depuradora

Aquest estudi està vinculat al projecte que desenvolupa el CREAF-UAB, destinat a estudiar la degradació i toxicitat dels nonilfenols (contaminant orgànic) presents en els fangs de depuradora i el seu comportament en el sòl. Mitjançant l’aplicació del tractament de compostatge s’aconsegueix millorar les propietats del fang residual, així com degradar els contaminants orgànics més persistents. La idea de l’estudi sorgeix de la determinació de l’eficàcia del procés de compostatge en l’estabilització dels fangs, avaluant la variació dels paràmetres fisicoquímics del fang i el nivell de toxicitat pels organismes del sòl. La metodologia d’estudi es basa en la utilització al laboratori de bioassaigs ecotoxicològics amb espècies representatives del sòl L’objectiu principal de l’estudi és determinar els efectes del procés de compostatge en la millora de la toxicitat dels fangs de depuradora utilitzats com a fertilitzant orgànic en camps agrícoles. Un segon objectiu és determinar la quantitat de fang de depuradora i de compost aplicats als sòls agrícoles sense implicacions sobre els organismes representatius del sòl.

Els senyals olfactius en la pol·linització

Treball de recerca realitzat per una alumna d’ensenyament secundari i guardonat amb un Premi CIRIT per fomentar l'esperit científic del Jovent l’any 2008. La hipòtesi de treball és demostrar que els senyals olfactius afecten d’alguna manera a l’atracció les abelles per les plantes i així doncs, també a la seva especificitat a l’hora de pol•linitzar una espècie o una altra. Per a poder provar aquesta relació, s’ha estudiat el comportament d’una espècie d’abella que tan sols visita una espècie de planta. Per tal d’emmarcar l’estudi experimental, s’ha fet un estudi del procés de pol•linització, de les flors i de les abelles, així com de la coevolució d’ambdues. Tot seguit s’ha realitzat l’estudi experimental, amb l’assessorament d’investigadors del Centre de Recerca Ecològica i Aplicacions Forestals (CREAF ) així com també utilitzant les seves instal•lacions i materials. Les emissions de compostos orgànics volàtils d’una de les plantes estudiades contribueixen a l’atracció de les abelles. Aquestes plantes emeten uns compostos diferents a les de l’altra espècie, els monoterpens, els quals són emesos en el moment de màxima pol•linització. La conclusió final a la qual es pot arribar és que el senyal olfactiu que determina l’especificitat de l’abella estudiada per a les flors de la planta estudiada és el constituït pels monoterpens.

Caracterització d'oscil·ladors basats en CMOS-M/NEMS i la seva aplicació com a sensors de massa

El present projecte tracta sobre la caracterització d'oscil·ladors basats en ressonadors micro/nanoelectromecànics (M/NEMS) i la seva aplicació com a sensors de massa. Els oscil·ladors utilitzats es basen en un pont i una palanca ressoants M/NEMS, integrats en tecnologia CMOS. En primer lloc s'ha fet una introducció teòrica als conceptes utilitzats per a entendre el funcionament i la caracterització dels dispositius. A continuació s'han realitzat proves per tal de caracteritzar els paràmetres importants per a l'ús dels oscil·ladors com a sensors de massa, com la seva estabilitat en freqüència. Per acabar s'han aplicat aquests sensors en la caracterització i modelització del flux de massa a través d'obertures de dimensions micromètriques.

Preparació, estudi estructural i aplicabilitat de derivats de Poli-(4R)-hidroxi-L-prolina a la separació d’enantiòmers per tècniques cromatogràfiques o relacionades

La separació d’enantiòmers (isòmers òptics) és molt important en molts diversos camps, com les síntesis quirals, biologia, i en el camp de la farmacologia especialment. És per això, que es fa necessari de disposar de tècniques i mètodes analítics ràpids, fiables i sensibles per a la separació d’enantiòmers. La present tesi s’emmarca en el camp de la separació d’enantiòmers, concretament en la preparació de fases estacionàries quirals per al seu ús en cromatografia liquida. En aquest sentit, s’ha desenvolupat la síntesi i caracterització de molècules polimèriques quirals derivades de l’aminoàcid L-prolina que incorporades en matrius de gel de sílice poden constituïr columnes quirals per a la separació d’enantiòmers per cromatografia liquida. S’han estudiat les característiques enantioselectives d’aquests nous materials en la separació de molècules quirals, trobant-se ésser satisfactòriament enantioselectius. L’interès que suscita l’obtenció d’enantiòmers a gran escala fa que la recerca s’orienti a la recerca de materials amb elevada capacitat de càrrega, és a dir, que puguin donar lloc a la separació d’elevades quantitats d’enantiòmers. Amb aquesta finalitat s’han dut a terme assaigs de capacitat de càrrega, que han posat de manifest la possible aplicació d’aquests materials a la separació preparativa d’enantiòmers. També s’ha parat especial atenció a l’estudi de les característiques de la matriu de gel de sílice, assajant-se altres materials de sílice més porosos i que permeten així treballar amb fluxos més elevats tot reduint-ne el temps d’anàlisi i els costos associats a la separació preparativa d’enantiòmers. L'estudi conformacional d'aquests nous selectors també ha estat contemplat per tal d'explicar l'enantioselectivitat específica que s'observa en certs dissolvents orgànics en els qual es duu a terme la separació dels enantiòmers.

Estudi dels impactes ambientals del cicle de vida del compost, de la producció a l'apliacació

La gran majoria d'hivernacles situats en clima mediterrani són de cost relativament baix i de tecnologia senzilla. El cultiu en hivernacle te com a objectiu principal incrementar la producció agrícola per unitat de superfície mitjançant l'aïllament de les condicions del medi. Aquest projecte presenta inventaris detallats i de qualitat del cicle de vida complet del compost amb aplicació en aire lliure i en hivernacle, aportant informació dels impactes ambientals i avaluant la viabilitat agronómica del compost com a fertilitzant quan s’aplica en cultius hortícoles. S’han considerat quatre opcions de cultiu, depenent del tipus de fertilitzant utilitzat (fertilitzans minerals o compost) i de si el cultiu és a l’aire lliure o en hivernacle. Les dades s’han obtingut experimentalment en parceles pilot i en una planta de compostatge industrial, ambdos localitzats prop de Barcelona, en una àrea mediterrànea. Per al cultiu en hivernacle, s’han obtingut produccions de tomàquet superiors a les d’aire lliure en el cas d’aplicar fertilitzants minerals, mentre l’ús de compani són de cost relativament baix i de tecnologia senzilla.

Dinàmica de sistemes mesoscòpics amb correlacions quàntiques mitjançant la formulació de de Broglie-Bohm

Per a determinar la dinàmica espai-temporal completa d’un sistema quàntic tridimensional de N partícules cal integrar l’equació d’Schrödinger en 3N dimensions. La capacitat dels ordinadors actuals permet fer-ho com a molt en 3 dimensions. Amb l’objectiu de disminuir el temps de càlcul necessari per a integrar l’equació d’Schrödinger multidimensional, es realitzen usualment una sèrie d’aproximacions, com l’aproximació de Born–Oppenheimer o la de camp mig. En general, el preu que es paga en realitzar aquestes aproximacions és la pèrdua de les correlacions quàntiques (o entrellaçament). Per tant, és necessari desenvolupar mètodes numèrics que permetin integrar i estudiar la dinàmica de sistemes mesoscòpics (sistemes d’entre tres i unes deu partícules) i en els que es tinguin en compte, encara que sigui de forma aproximada, les correlacions quàntiques entre partícules. Recentment, en el context de la propagació d’electrons per efecte túnel en materials semiconductors, X. Oriols ha desenvolupat un nou mètode [Phys. Rev. Lett. 98, 066803 (2007)] per al tractament de les correlacions quàntiques en sistemes mesoscòpics. Aquesta nova proposta es fonamenta en la formulació de la mecànica quàntica de de Broglie– Bohm. Així, volem fer notar que l’enfoc del problema que realitza X. Oriols i que pretenem aquí seguir no es realitza a fi de comptar amb una eina interpretativa, sinó per a obtenir una eina de càlcul numèric amb la que integrar de manera més eficient l’equació d’Schrödinger corresponent a sistemes quàntics de poques partícules. En el marc del present projecte de tesi doctoral es pretén estendre els algorismes desenvolupats per X. Oriols a sistemes quàntics constituïts tant per fermions com per bosons, i aplicar aquests algorismes a diferents sistemes quàntics mesoscòpics on les correlacions quàntiques juguen un paper important. De forma específica, els problemes a estudiar són els següents: (i) Fotoionització de l’àtom d’heli i de l’àtom de liti mitjançant un làser intens. (ii) Estudi de la relació entre la formulació de X. Oriols amb la aproximació de Born–Oppenheimer. (iii) Estudi de les correlacions quàntiques en sistemes bi- i tripartits en l’espai de configuració de les partícules mitjançant la formulació de de Broglie–Bohm.