Atomistic-continuum modeling of ultrafast laser-induced melting of silicon targets

In this work, we present an atomistic-continuum model for simulations of ultrafast laser-induced melting processes in semiconductors on the example of silicon. The kinetics of transient non-equilibrium phase transition mechanisms is addressed with MD method on the atomic level, whereas the laser light absorption, strong generated electron-phonon nonequilibrium, fast heat conduction, and photo-excited free carrier diffusion are accounted for with a continuum TTM-like model (called nTTM). First, we independently consider the applications of nTTM and MD for the description of silicon, and then construct the combined MD-nTTM model. Its development and thorough testing is followed by a comprehensive computational study of fast nonequilibrium processes induced in silicon by an ultrashort laser irradiation. The new model allowed to investigate the effect of laser-induced pressure and temperature of the lattice on the melting kinetics. Two competing melting mechanisms, heterogeneous and homogeneous, were identified in our big-scale simulations. Apart from the classical heterogeneous melting mechanism, the nucleation of the liquid phase homogeneously inside the material significantly contributes to the melting process. The simulations showed, that due to the open diamond structure of the crystal, the laser-generated internal compressive stresses reduce the crystal stability against the homogeneous melting. Consequently, the latter can take a massive character within several picoseconds upon the laser heating. Due to the large negative volume of melting of silicon, the material contracts upon the phase transition, relaxes the compressive stresses, and the subsequent melting proceeds heterogeneously until the excess of thermal energy is consumed. A series of simulations for a range of absorbed fluences allowed us to find the threshold fluence value at which homogeneous liquid nucleation starts contributing to the classical heterogeneous propagation of the solid-liquid interface. A series of simulations for a range of the material thicknesses showed that the sample width we chosen in our simulations (800 nm) corresponds to a thick sample. Additionally, in order to support the main conclusions, the results were verified for a different interatomic potential. Possible improvements of the model to account for nonthermal effects are discussed and certain restrictions on the suitable interatomic potentials are found. As a first step towards the inclusion of these effects into MD-nTTM, we performed nanometer-scale MD simulations with a new interatomic potential, designed to reproduce ab initio calculations at the laser-induced electronic temperature of 18946 K. The simulations demonstrated that, similarly to thermal melting, nonthermal phase transition occurs through nucleation. A series of simulations showed that higher (lower) initial pressure reinforces (hinders) the creation and the growth of nonthermal liquid nuclei. For the example of Si, the laser melting kinetics of semiconductors was found to be noticeably different from that of metals with a face-centered cubic crystal structure. The results of this study, therefore, have important implications for interpretation of experimental data on the kinetics of melting process of semiconductors.

An Immersed Interface Method for the Incompressible Navier-Stokes Equations in Irregular Domains

We present an immersed interface method for the incompressible Navier Stokes equations capable of handling rigid immersed boundaries. The immersed boundary is represented by a set of Lagrangian control points. In order to guarantee that the no-slip condition on the boundary is satisfied, singular forces are applied on the fluid at the immersed boundary. The forces are related to the jumps in pressure and the jumps in the derivatives of both pressure and velocity, and are interpolated using cubic splines. The strength of singular forces is determined by solving a small system of equations at each time step. The Navier-Stokes equations are discretized on a staggered Cartesian grid by a second order accurate projection method for pressure and velocity.

Análisis estructural del subsector de diseño e ingeniería en infraestructura para la extracción de petróleo y gas en Colombia

El presente documento ofrece un estudio del sub-sector de Diseño e Ingeniería en infraestructura para la extracción de Petróleo y Gas en Colombia con la finalidad de dar a conocer la situación actual del mismo y el desarrollo y crecimiento que ha tenido en el tiempo. Para el desarrollo de este trabajo, se necesitó de la metodología creada por docentes de la Universidad del Rosario (Hugo Alberto Rivera y Luis Fernando Restrepo) quienes proponen hacer un análisis del sector teniendo en cuenta los siguientes temas: Análisis de Hacinamiento, Panorama Competitivo, Fuerzas del Mercado y Estudio de Competidores. Todos estos temas se abarcaron en la investigación, finalizando con la elaboración de un Balanced Scorecard propio de una de las empresas objeto de estudio.

El rol de la cooperación energética en la política exterior China: caso Venezuela (2001-2014)

Las reformas económicas iniciadas por Deng Xiaoping en China y la continuación de estas por sus líderes, han hecho del país asiático una de las mayores fuerzas económicas en el mundo. Sin embargo, su crecimiento económico se ve obstaculizado cuando sus fuentes de recursos energéticos escasean. A partir de esto, China ha iniciado una estrategia en política exterior que combina herramientas de baja política, como lo son la economía y la atracción cultural, para obtener un mayor acceso a hidrocarburos. Uno de los escenarios en donde dicha estrategia se ha hecho más visible es en la relación establecida con Venezuela. En este trabajo se discuten los principales intereses que China tiene en la región, la relación de cooperación energética que entrañan los dos países y las estrategias de corte geoeconómico que la potencia emergente ha implementado para garantizar un aumento en su potencial económico.

El taulell de forces com a eina de laboratori a l'Ensenyament Mitjà. 'La tabla de fuerzas como un instrumento de laboratorio en las Enseñanzas Medias'.

Experimentar la utilización de la 'tabla de fuerzas' en la enseñanza de la Física de BUP como herramienta de laboratorio. 68 alumnos de segundo de BUP del curso 1986/87. Se parte de las conclusiones extraídas de otra investigación realizada por el mismo autor (estudio de las cualidades que tiene de obtener el material de prácticas de laboratorio de Física y Química); en él se constata la existencia de graves deficiencias en el material de prácticas de Física que normalmente se utiliza, especialmente el material experimental de Mecánica. En consecuencia se lleva a cabo la construcción de una tabla de fuerzas. Paralelamente se proponen una serie de prácticas teniendo en cuenta las instrucciones para el uso de dicha tabla. Material didáctico. Consulta de libros. Cuestionario ad hoc. Trabajos. -47 trabajos pueden considerarse correctos: 69'1 por ciento. - 9 trabajos presentan pequeñas desviaciones debidas a incorrectas compensaciones: 13'3 por ciento. - 12 trabajos presentan pequeñas desviaciones en la dirección de la resultante: 17'6 por ciento. El alumno participa de una manera activa en la experiencia y, manipulando las pinzas y las pesas, deviene el protagonista. Ha mejorado la habilidad del alumno por el trabajo experimental y su capacidad de extraer conclusiones. Ha mejorado el cálculo vectorial y tiene los conceptos de magnitud escalar y vectorial más claros.

Forces around us.

Un enfoque interactivo que introduce los conceptos básicos de la ciencia física en los primeros años de escuela, como algo que empuja o tira e incluye una discusión de fuerzas como la gravedad, el viento, el magnetismo, el peso, y el agua. Cada doble página introduce un nuevo tema, se da información, se hacen preguntas y proponen actividades que animen a los niños a hacer descubrimientos y desarrollar nuevas ideas por ellos mismos en los primeros años de escuela.

Forces.

Qué son las fuerzas. Qué es la fricción, el cambio de forma, el cambio de dirección, los frenos, el cambio de velocidad, la velocidad, El movimiento, como se fabrican fuerzas y cuales son las fuerzas de la naturaleza son las preguntas que se hacen para comprender el papel de las fuerzas en nuestra vida cotidiana. cada ejemplo está relacionado con una actividad que ayuda a los niños a entender los conceptos científicos más importantes.

Electricity and forces.

Con fáciles experimentos, este título anima a los niños a descubrir más acerca del impacto que tienen en nuestra vida la electricidad y las fuerzas. El contenido y el enfoque reflejan materias que se enseñan dentro de las directrices del Programa Nacional de Estudios, por lo que sirve de apoyo a la escuela. Además de la información sobre los grandes científicos y sus famosos descubrimientos, cada libro contiene una serie de experimentos que son fáciles de seguir y pueden llevarse a cabo en condiciones de seguridad en el hogar, utilizando materiales de fácil acceso. Anima a los niños a proceder de una manera lógica y pensar por sí mismos. La electricidad es una de las muchas fuerzas que nos dan luz, calor y sonido. Para niños de siete a once años.

All about forces. 'Todo sobre fuerzas'.

Con la ayuda de fotografías de la vida diaria y ejemplos cotidianos, se explican de una forma sencilla, las fuerzas de la física que motivan que los objetos se muevan. Estas fuerzas son, empujar y arrastrar, pero también existen otras, como la gravedad que actúa sobre la Tierra, y la fricción. Por otra parte, se estudian los usos prácticos de ellas y su relación con el trabajo y las máquinas. La naturaleza tiene sus propias fuerzas de destrucción, cómo la lluvia y el viento.

Experiments with forces.

El libro presenta, con ilustraciones a color y sencillas explicaciones, diferentes y fáciles experimentos científicos relacionados con las fuerzas físicas que ayudarán a los niños a comprender los conceptos básicos de forma aplicada. Los temas tratados son: gravedad, equilibrio de fuerzas, presión atmosférica, buzo cartesiano, propulsión a chorro, flotabilidad, medición de fuerzas, fuerza del aire y tensión superficial. Incluye una introducción, una sección con los materiales y herramientas necesarios para realizar los experimentos, un glosario de términos, índice, y una página Web actualizada con regularidad.

The hardness profile as a tool to detect spurious stationary points in the potential energy surface

The energy and hardness profile for a series of inter and intramolecular conformational changes at several levels of calculation were computed. The hardness profiles were found to be calculated as the difference between the vertical ionization potential and electron affinity. The hardness profile shows the correct number of stationary points independently of the basis set and methodology used. It was found that the hardness profiles can be used to check the reliability of the energy profiles for those chemical system

Basis set superposition error effects, excited-state potential energy surface and photodynamics of thymine

En aquesta tesi he estudiat l'efecte de l'error de superposició de base (BSSE) en la planaritat d'algunes molècules. He observat que l'ús d'alguns mètodes de càlcul amb determinades funcions de base descriuen mínims d'energia no planars per les bases nitrogenades de l'ADN. He demostrat que aquests problemes es poden arreglar utilitzant el mètode Counterpoise per corregir el BSSE en els càlculs. En aquesta tesi també he estudiat la fotofísica de la timina i els resultats mostren que existeixen dos camins de relaxació des de l'estat excitat que permeten la regeneració de l'estructura inicial de forma ultraràpida.

Pose Refinement of Active Models using Forces in 3D

A new algorithm is described for refining the pose of a model of a rigid object, to conform more accurately to the image structure. Elemental 3D forces are considered to act on the model. These are derived from directional derivatives of the image local to the projected model features. The convergence properties of the algorithm is investigated and compared to a previous technique. Its use in a video sequence of a cluttered outdoor traffic scene is also illustrated and assessed.

New insights on growth mechanisms of protein clusters at surfaces: an AFM and simulation study

Despite its relevance to a wide range of technological and fundamental areas, a quantitative understanding of protein surface clustering dynamics is often lacking. In inorganic crystal growth, surface clustering of adatoms is well described by diffusion-aggregation models. In such models, the statistical properties of the aggregate arrays often reveal the molecular scale aggregation processes. We investigate the potential of these theories to reveal hitherto hidden facets of protein clustering by carrying out concomitant observations of lysozyme adsorption onto mica surfaces, using atomic force microscopy. and Monte Carlo simulations of cluster nucleation and growth. We find that lysozyme clusters diffuse across the substrate at a rate that varies inversely with size. This result suggests which molecular scale mechanisms are responsible for the mobility of the proteins on the substrate. In addition the surface diffusion coefficient of the monomer can also be extracted from the comparison between experiments and simulations. While concentrating on a model system of lysozyme-on-mica, this 'proof of concept' study successfully demonstrates the potential of our approach to understand and influence more biomedically applicable protein-substrate couples.