Theoretical study of magnetism, structure and chemical order in transition-metal alloy clusters

Research on transition-metal nanoalloy clusters composed of a few atoms is fascinating by their unusual properties due to the interplay among the structure, chemical order and magnetism. Such nanoalloy clusters, can be used to construct nanometer devices for technological applications by manipulating their remarkable magnetic, chemical and optical properties. Determining the nanoscopic features exhibited by the magnetic alloy clusters signifies the need for a systematic global and local exploration of their potential-energy surface in order to identify all the relevant energetically low-lying magnetic isomers. In this thesis the sampling of the potential-energy surface has been performed by employing the state-of-the-art spin-polarized density-functional theory in combination with graph theory and the basin-hopping global optimization techniques. This combination is vital for a quantitative analysis of the quantum mechanical energetics. The first approach, i.e., spin-polarized density-functional theory together with the graph theory method, is applied to study the Fe$_m$Rh$_n$ and Co$_m$Pd$_n$ clusters having $N = m+n \leq 8$ atoms. We carried out a thorough and systematic sampling of the potential-energy surface by taking into account all possible initial cluster topologies, all different distributions of the two kinds of atoms within the cluster, the entire concentration range between the pure limits, and different initial magnetic configurations such as ferro- and anti-ferromagnetic coupling. The remarkable magnetic properties shown by FeRh and CoPd nanoclusters are attributed to the extremely reduced coordination number together with the charge transfer from 3$d$ to 4$d$ elements. The second approach, i.e., spin-polarized density-functional theory together with the basin-hopping method is applied to study the small Fe$_6$, Fe$_3$Rh$_3$ and Rh$_6$ and the larger Fe$_{13}$, Fe$_6$Rh$_7$ and Rh$_{13}$ clusters as illustrative benchmark systems. This method is able to identify the true ground-state structures of Fe$_6$ and Fe$_3$Rh$_3$ which were not obtained by using the first approach. However, both approaches predict a similar cluster for the ground-state of Rh$_6$. Moreover, the computational time taken by this approach is found to be significantly lower than the first approach. The ground-state structure of Fe$_{13}$ cluster is found to be an icosahedral structure, whereas Rh$_{13}$ and Fe$_6$Rh$_7$ isomers relax into cage-like and layered-like structures, respectively. All the clusters display a remarkable variety of structural and magnetic behaviors. It is observed that the isomers having similar shape with small distortion with respect to each other can exhibit quite different magnetic moments. This has been interpreted as a probable artifact of spin-rotational symmetry breaking introduced by the spin-polarized GGA. The possibility of combining the spin-polarized density-functional theory with some other global optimization techniques such as minima-hopping method could be the next step in this direction. This combination is expected to be an ideal sampling approach having the advantage of avoiding efficiently the search over irrelevant regions of the potential energy surface.

High Density Single Crystalline GaN Nanodot Arrays Fabricated Using Template-Assisted Selective Growth

High density, uniform GaN nanodot arrays with controllable size have been synthesized by using template-assisted selective growth. The GaN nanodots with average diameter 40nm, 80nm and 120nm were selectively grown by metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD) on a nano-patterned SiO2/GaN template. The nanoporous SiO2 on GaN surface was created by inductively coupled plasma etching (ICP) using anodic aluminum oxide (AAO) template as a mask. This selective regrowth results in highly crystalline GaN nanodots confirmed by high resolution transmission electron microscopy. The narrow size distribution and uniform spatial position of the nanoscale dots offer potential advantages over self-assembled dots grown by the Stranski–Krastanow mode.

Femtosecond laser processing of crystalline silicon

This paper reports the surface morphologies and ablation of crystalline silicon wafers irradiated by infra-red 775 nm Ti:sapphire femtosecond laser. The effects of energy fluences (below and above single-pulse modification) with different number of pulses were studied. New morphological features such as pits, cracks formation, Laser-Induced Periodic Surface Structures (LIPSS) and ablation were observed. The investigation indicated that there are two distinct mechanisms under femtosecond laser irradiation: low fluence regime with different morphological features and high fluence regime with high material removal and without complex morphological features.

The differential effect on dropout of increasing grades' supply by integrating or expanding schools: evidence from a quasi-experiment in Bogotá

En el año 2002, la Secretaría de Educación de Bogotá estipuló la Resolución 2101 que tenía por objeto asegurar el ciclo de la educación completo en los colegios públicos. El propósito de este trabajo es evaluar el impacto de los mecanismos seguidos a la aplicación de esta política sobre la tasa de deserción escolar. Las escuelas tenían tres mecanismos diferentes para alcanzar el objetivo de la presente resolución: expandir los grados escolares ofertados, integrarse con otros colegios de la zona, o ambos. Para ello, utilizo variables instrumentales para resolver el sesgo causado por el hecho de que los colegios que siguen determinada estrategia eran los que tenían altas tasas de deserción inicialmente. Usando datos sobre las características institucionales y las características socio-demográficas de la población cerca del colegio, evalúo el impacto de estos tres mecanismos sobre las tasas de deserción escolar. Los resultados sugieren que las instituciones que aumentaron los grados experimentan un aumento en el número de estudiantes que abandonan el colegio en 12.1 puntos porcentuales, mientras que las instituciones que complementaron este mecanismo con la integración de un colegio próximo pre existente mostraron una reducción en la tasa de deserción escolar de 9.8 puntos porcentuales.

L'Equip LaceNet, quasi deu anys fent xarxa. 'El Equipo LaceNet, casi diez años haciendo red'.

Resumen tomado de la publicación en catalán. Este artículo forma parte del monográfico 'Internet, un nou context d'aprenentatge?'. El artículo adjunta esta página web: www.lacenet.org

Patterns of Activity Sequencing in the Teaching of English as a Foreing Language and Their Effects on Learning : a Quasi-Experimental Study.'Patrones de secuenciación de actividades en la enseñanza del inglés como lengua extranjera y su incidencia en el aprendizaje : estudio cuasi-experimental.

Contrastar el modelo denominado CPM (basado en el desarrollo de los procesos comunicativos) con el modelo de secuenciación de actividades P-P-P (presentación-práctica-producción) que es el utilizado con mayor frecuencia en los libros de texto para la enseñanza de los idiomas, para medir la eficacia diferencial en el aprendizaje lingüístico del inglés como lengua extranjera.. Estudio llevado a cabo en la Escuela Oficial de Idiomas de Murcia con una muestra inicial de 51 sujetos que se redujo a 34 nativos de lengua española de edades comprendidas entre los 16 y 41 años formada mayoritariamente por mujeres. Estudio cuasi-experimental de análisis de medidas repetidas con grupo experimental y grupo de control (factor intersujetos). La variable dependiente es la eficacia de la intervención objeto de estudio o intervención CPM. La variable independiente es el grupo, que consta de dos partes, el que sigue el programa establecido en el centro de enseñanza, versión P-P-P y el grupo experimental (EG) que recibe instrucción basada en el CPM. La aplicación duró 4 meses (enero-mayo 2003) y el total de sesiones fue de 35 para cada uno de los dos grupos. Se utilizó el examen estandarizado internacional Cambridge First Certificate in English (FCE) en su parte: Use of English.. La secuenciación de actividades en general y la basada en el CPM en particular merecen un justo reconocimiento en el ámbito de la investigación en enseñanza de lenguas extranjeras debido no solo a las puntuaciones obtenidas en la investigación sino también a su fundamentación teórica basada en un modelo cognitivo de adquisición de conocimientos ampliamente aplicado en SLA y a su flexibilidad en cuanto a las vías de aprendizaje propuestas, su atención al concepto script y su afinidad con los enfoques didácticos actuales (integración de destrezas, relevancia e interés para el alumno, variedad en la instrucción)..

Microstructure and magnetic properties of Ni50 Mn37 Sn13 Heusler alloy ribbons

The Heusler alloy Ni50 Mn37 Sn13 was successfully produced as ribbon flakes of thickness around 7-10 μm melt spinning. Fracture cross section micrographs in the ribbon show the formation of a microcrystalline columnarlike microstructure, with their longer axes perpendicular to the ribbon plane. Phase transition temperatures of the martensite-austenite transformation were found to be MS =218 K, Mf =207 K, AS =224 K, and Af =232 K; the thermal hysteresis of the transformation is 15 K. Ferromagnetic L 21 bcc austenite phase shows a Curie point of 313 K, with cell parameter a=0.5971 (5) nm at 298 K, transforming into a modulated 7M orthorhombic martensite with a=0.6121 (7) nm, b=0.6058 (8) nm, and c=0.5660 (2) nm, at 150 K

Simulation of delamination in composites under quasi-static and fatigue loading using cohesive zone models

Es desenvolupa una eina de disseny per l'anàlisi de la tolerància al dany en composites. L'eina pot predir el inici i la propagació de fisures interlaminars. També pot ser utilitzada per avaluar i planificar la necessitat de reparar o reemplaçar components durant la seva vida útil. El model desenvolupat pot ser utilitzat tan per simular càrregues estàtiques com de fatiga. El model proposat és un model de dany termodinàmicament consistent que permet simular la delaminació en composites sota càrregues variables. El model es formula dins el context de la Mecànica del Dany, fent ús dels models de zona cohesiva. Es presenta un metodologia per determinar els paràmetres del model constitutiu que permet utilitzar malles d'elements finits més bastes de les que es poden usar típicament. Finalment, el model és també capaç de simular la delaminació produïda per càrregues de fatiga.

Desenvolupament computacional de la semblança molecular quàntica

La present Tesi Doctoral, titulada desenvolupament computacional de la semblança molecular quàntica, tracta, fonamentalment, els aspectes de càlcul de mesures de semblança basades en la comparació de funcions de densitat electrònica.El primer capítol, Semblança quàntica, és introductori. S'hi descriuen les funcions de densitat de probabilitat electrònica i llur significança en el marc de la mecànica quàntica. Se n'expliciten els aspectes essencials i les condicions matemàtiques a satisfer, cara a una millor comprensió dels models de densitat electrònica que es proposen. Hom presenta les densitats electròniques, mencionant els teoremes de Hohenberg i Kohn i esquematitzant la teoria de Bader, com magnituds fonamentals en la descripció de les molècules i en la comprensió de llurs propietats.En el capítol Models de densitats electròniques moleculars es presenten procediments computacionals originals per l'ajust de funcions densitat a models expandits en termes de gaussianes 1s centrades en els nuclis. Les restriccions físico-matemàtiques associades a les distribucions de probabilitat s'introdueixen de manera rigorosa, en el procediment anomenat Atomic Shell Approximation (ASA). Aquest procediment, implementat en el programa ASAC, parteix d'un espai funcional quasi complert, d'on se seleccionen variacionalment les funcions o capes de l'expansió, d'acord als requisits de no negativitat. La qualitat d'aquestes densitats i de les mesures de semblança derivades es verifica abastament. Aquest model ASA s'estén a representacions dinàmiques, físicament més acurades, en quant que afectades per les vibracions nuclears, cara a una exploració de l'efecte de l'esmorteïment dels pics nuclears en les mesures de semblança molecular. La comparació de les densitats dinàmiques respecte les estàtiques evidencia un reordenament en les densitats dinàmiques, d'acord al que constituiria una manifestació del Principi quàntic de Le Chatelier. El procediment ASA, explícitament consistent amb les condicions de N-representabilitat, s'aplica també a la determinació directe de densitats electròniques hidrogenoides, en un context de teoria del funcional de la densitat.El capítol Maximització global de la funció de semblança presenta algorismes originals per la determinació de la màxima sobreposició de les densitats electròniques moleculars. Les mesures de semblança molecular quàntica s'identifiquen amb el màxim solapament, de manera es mesuri la distància entre les molècules, independentment dels sistemes de referència on es defineixen les densitats electròniques. Partint de la solució global en el límit de densitats infinitament compactades en els nuclis, es proposen tres nivells de aproximació per l'exploració sistemàtica, no estocàstica, de la funció de semblança, possibilitant la identificació eficient del màxim global, així com també dels diferents màxims locals. Es proposa també una parametrització original de les integrals de recobriment a través d'ajustos a funcions lorentzianes, en quant que tècnica d'acceleració computacional. En la pràctica de les relacions estructura-activitat, aquests avenços possibiliten la implementació eficient de mesures de semblança quantitatives, i, paral·lelament, proporcionen una metodologia totalment automàtica d'alineació molecular. El capítol Semblances d'àtoms en molècules descriu un algorisme de comparació dels àtoms de Bader, o regions tridimensionals delimitades per superfícies de flux zero de la funció de densitat electrònica. El caràcter quantitatiu d'aquestes semblances possibilita la mesura rigorosa de la noció química de transferibilitat d'àtoms i grups funcionals. Les superfícies de flux zero i els algorismes d'integració usats han estat publicats recentment i constitueixen l'aproximació més acurada pel càlcul de les propietats atòmiques. Finalment, en el capítol Semblances en estructures cristal·lines hom proposa una definició original de semblança, específica per la comparació dels conceptes de suavitat o softness en la distribució de fonons associats a l'estructura cristal·lina. Aquests conceptes apareixen en estudis de superconductivitat a causa de la influència de les interaccions electró-fonó en les temperatures de transició a l'estat superconductor. En aplicar-se aquesta metodologia a l'anàlisi de sals de BEDT-TTF, s'evidencien correlacions estructurals entre sals superconductores i no superconductores, en consonància amb les hipòtesis apuntades a la literatura sobre la rellevància de determinades interaccions.Conclouen aquesta tesi un apèndix que conté el programa ASAC, implementació de l'algorisme ASA, i un capítol final amb referències bibliogràfiques.

QUAGMIRE v1.3: a quasi-geostrophic model for investigating rotating fluids experiments

QUAGMIRE is a quasi-geostrophic numerical model for performing fast, high-resolution simulations of multi-layer rotating annulus laboratory experiments on a desktop personal computer. The model uses a hybrid finite-difference/spectral approach to numerically integrate the coupled nonlinear partial differential equations of motion in cylindrical geometry in each layer. Version 1.3 implements the special case of two fluid layers of equal resting depths. The flow is forced either by a differentially rotating lid, or by relaxation to specified streamfunction or potential vorticity fields, or both. Dissipation is achieved through Ekman layer pumping and suction at the horizontal boundaries, including the internal interface. The effects of weak interfacial tension are included, as well as the linear topographic beta-effect and the quadratic centripetal beta-effect. Stochastic forcing may optionally be activated, to represent approximately the effects of random unresolved features. A leapfrog time stepping scheme is used, with a Robert filter. Flows simulated by the model agree well with those observed in the corresponding laboratory experiments.

Consistent approximate models of the global atmosphere: shallow, deep, hydrostatic, quasi-hydrostatic and non-hydrostatic

We study global atmosphere models that are at least as accurate as the hydrostatic primitive equations (HPEs), reviewing known results and reporting some new ones. The HPEs make spherical geopotential and shallow atmosphere approximations in addition to the hydrostatic approximation. As is well known, a consistent application of the shallow atmosphere approximation requires omission of those Coriolis terms that vary as the cosine of latitude and of certain other terms in the components of the momentum equation. An approximate model is here regarded as consistent if it formally preserves conservation principles for axial angular momentum, energy and potential vorticity, and (following R. Müller) if its momentum component equations have Lagrange's form. Within these criteria, four consistent approximate global models, including the HPEs themselves, are identified in a height-coordinate framework. The four models, each of which includes the spherical geopotential approximation, correspond to whether the shallow atmosphere and hydrostatic (or quasi-hydrostatic) approximations are individually made or not made. Restrictions on representing the spatial variation of apparent gravity occur. Solution methods and the situation in a pressure-coordinate framework are discussed. © Crown copyright 2005.

The quasi-nondispersive regimes of long extratropical baroclinic rossby waves over (slowly varying) topography

Actual energy paths of long, extratropical baroclinic Rossby waves in the ocean are difficult to describe simply because they depend on the meridional-wavenumber-to-zonal-wavenumber ratio tau, a quantity that is difficult to estimate both observationally and theoretically. This paper shows, however, that this dependence is actually weak over any interval in which the zonal phase speed varies approximately linearly with tau, in which case the propagation becomes quasi-nondispersive (QND) and describable at leading order in terms of environmental conditions (i.e., topography and stratification) alone. As an example, the purely topographic case is shown to possess three main kinds of QND ray paths. The first is a topographic regime in which the rays follow approximately the contours f/h(alpha c) = a constant (alpha(c) is a near constant fixed by the strength of the stratification, f is the Coriolis parameter, and h is the ocean depth). The second and third are, respectively, "fast" and "slow" westward regimes little affected by topography and associated with the first and second bottom-pressure-compensated normal modes studied in previous work by Tailleux and McWilliams. Idealized examples show that actual rays can often be reproduced with reasonable accuracy by replacing the actual dispersion relation by its QND approximation. The topographic regime provides an upper bound ( in general a large overestimate) of the maximum latitudinal excursions of actual rays. The method presented in this paper is interesting for enabling an optimal classification of purely azimuthally dispersive wave systems into simpler idealized QND wave regimes, which helps to rationalize previous empirical findings that the ray paths of long Rossby waves in the presence of mean flow and topography often seem to be independent of the wavenumber orientation. Two important side results are to establish that the baroclinic string function regime of Tyler and K se is only valid over a tiny range of the topographic parameter and that long baroclinic Rossby waves propagating over topography do not obey any two-dimensional potential vorticity conservation principle. Given the importance of the latter principle in geophysical fluid dynamics, the lack of it in this case makes the concept of the QND regimes all the more important, for they are probably the only alternative to provide a simple and economical description of general purely azimuthally dispersive wave systems.