Many-body theory of laser-induced ultrafast demagnetization and angular momentum transfer in ferromagnetic transition metals

An electronic theory is developed, which describes the ultrafast demagnetization in itinerant ferromagnets following the absorption of a femtosecond laser pulse. The present work intends to elucidate the microscopic physics of this ultrafast phenomenon by identifying its fundamental mechanisms. In particular, it aims to reveal the nature of the involved spin excitations and angular-momentum transfer between spin and lattice, which are still subjects of intensive debate. In the first preliminary part of the thesis the initial stage of the laser-induced demagnetization process is considered. In this stage the electronic system is highly excited by spin-conserving elementary excitations involved in the laser-pulse absorption, while the spin or magnon degrees of freedom remain very weakly excited. The role of electron-hole excitations on the stability of the magnetic order of one- and two-dimensional 3d transition metals (TMs) is investigated by using ab initio density-functional theory. The results show that the local magnetic moments are remarkably stable even at very high levels of local energy density and, therefore, indicate that these moments preserve their identity throughout the entire demagnetization process. In the second main part of the thesis a many-body theory is proposed, which takes into account these local magnetic moments and the local character of the involved spin excitations such as spin fluctuations from the very beginning. In this approach the relevant valence 3d and 4p electrons are described in terms of a multiband model Hamiltonian which includes Coulomb interactions, interatomic hybridizations, spin-orbit interactions, as well as the coupling to the time-dependent laser field on the same footing. An exact numerical time evolution is performed for small ferromagnetic TM clusters. The dynamical simulations show that after ultra-short laser pulse absorption the magnetization of these clusters decreases on a time scale of hundred femtoseconds. In particular, the results reproduce the experimentally observed laser-induced demagnetization in ferromagnets and demonstrate that this effect can be explained in terms of the following purely electronic non-adiabatic mechanism: First, on a time scale of 10–100 fs after laser excitation the spin-orbit coupling yields local angular-momentum transfer between the spins and the electron orbits, while subsequently the orbital angular momentum is very rapidly quenched in the lattice on the time scale of one femtosecond due to interatomic electron hoppings. In combination, these two processes result in a demagnetization within hundred or a few hundred femtoseconds after laser-pulse absorption.

First-principles electronic theory of non-collinear magnetic order in transition-metal nanowires

The structural, electronic and magnetic properties of one-dimensional 3d transition-metal (TM) monoatomic chains having linear, zigzag and ladder geometries are investigated in the frame-work of first-principles density-functional theory. The stability of long-range magnetic order along the nanowires is determined by computing the corresponding frozen-magnon dispersion relations as a function of the 'spin-wave' vector q. First, we show that the ground-state magnetic orders of V, Mn and Fe linear chains at the equilibrium interatomic distances are non-collinear (NC) spin-density waves (SDWs) with characteristic equilibrium wave vectors q that depend on the composition and interatomic distance. The electronic and magnetic properties of these novel spin-spiral structures are discussed from a local perspective by analyzing the spin-polarized electronic densities of states, the local magnetic moments and the spin-density distributions for representative values q. Second, we investigate the stability of NC spin arrangements in Fe zigzag chains and ladders. We find that the non-collinear SDWs are remarkably stable in the biatomic chains (square ladder), whereas ferromagnetic order (q =0) dominates in zigzag chains (triangular ladders). The different magnetic structures are interpreted in terms of the corresponding effective exchange interactions J(ij) between the local magnetic moments μ(i) and μ(j) at atoms i and j. The effective couplings are derived by fitting a classical Heisenberg model to the ab initio magnon dispersion relations. In addition they are analyzed in the framework of general magnetic phase diagrams having arbitrary first, second, and third nearest-neighbor (NN) interactions J(ij). The effect of external electric fields (EFs) on the stability of NC magnetic order has been quantified for representative monoatomic free-standing and deposited chains. We find that an external EF, which is applied perpendicular to the chains, favors non-collinear order in V chains, whereas it stabilizes the ferromagnetic (FM) order in Fe chains. Moreover, our calculations reveal a change in the magnetic order of V chains deposited on the Cu(110) surface in the presence of external EFs. In this case the NC spiral order, which was unstable in the absence of EF, becomes the most favorable one when perpendicular fields of the order of 0.1 V/Å are applied. As a final application of the theory we study the magnetic interactions within monoatomic TM chains deposited on graphene sheets. One observes that even weak chain substrate hybridizations can modify the magnetic order. Mn and Fe chains show incommensurable NC spin configurations. Remarkably, V chains show a transition from a spiral magnetic order in the freestanding geometry to FM order when they are deposited on a graphene sheet. Some TM-terminated zigzag graphene-nanoribbons, for example V and Fe terminated nanoribbons, also show NC spin configurations. Finally, the magnetic anisotropy energies (MAEs) of TM chains on graphene are investigated. It is shown that Co and Fe chains exhibit significant MAEs and orbital magnetic moments with in-plane easy magnetization axis. The remarkable changes in the magnetic properties of chains on graphene are correlated to charge transfers from the TMs to NN carbon atoms. Goals and limitations of this study and the resulting perspectives of future investigations are discussed.

A Theory of Quantitative Inference Applied to a Mechanical Design Compiler

This thesis presents the ideas underlying a computer program that takes as input a schematic of a mechanical or hydraulic power transmission system, plus specifications and a utility function, and returns catalog numbers from predefined catalogs for the optimal selection of components implementing the design. Unlike programs for designing single components or systems, the program provides the designer with a high level "language" in which to compose new designs. It then performs some of the detailed design process. The process of "compilation" is based on a formalization of quantitative inferences about hierarchically organized sets of artifacts and operating conditions. This allows the design compilation without the exhaustive enumeration of alternatives.

Evolutionary psychology and evolutionary developmental psychology : Understanding the evolution of human behavior and development

Resumen tomado de la publicaci??n

Theory of Numbers

Exercises, exams and solutions for a third year maths course.

La travesía obsoleta: la indefensión del consumidor

La obsolescencia programada es el deseo de tener algo un poco más nuevo, un poco mejor, un poco más rápido de lo necesario. El texto estudia este fenómeno a la luz del Estatuto del Consumidor – Ley 1480 de 2011 para determinar si el consumidor colombiano está suficientemente protegido con él.

“Superficial Water Concessions In Light Of The General Theory of the Administrative Act” The Incidence of the Public Law’s Dogmatic Tradition of Public Law Within Environmental Law

This paper seeks the determine the ways in which anomalous decisions derived from the particularization and constitutionalization of environmental law can arise given the general theory of administrative action. This is seen through the lens of a study and characterization of administrative decisions issued by the Regional Autonomous Corporation of Cundinamarca –CAR- within the superficial water concessions procedure. It also discusses the conceptual contents of these licenses.

Análisis al Proceso de Titulación Minera en Colombia desde TOC (Theory Of Constraints)

El incumplimiento reiterado de la normatividad y políticas relacionadas con los tiempos de respuesta del proceso de contratación minera del país, desarrollado actualmente por la recién creada Agencia Nacional de Minería ANM, ha suscitado que la administración del recurso minero no se realice bajo los principios de eficiencia, eficacia, economía y celeridad. Estas debilidades manifiestas provocan represamientos en la resolución de trámites, congelación de áreas para contratar, sobrecostos, demoras en los tiempos de respuesta establecidos por la normatividad vigente y trae como consecuencia incertidumbre en los inversionistas mineros y pérdidas por concepto de recaudo de canon superficiario, entre otras. El objetivo del presente trabajo de investigación consiste en analizar el proceso de titulación minera de Colombia a partir de la filosofía de mejora continua desarrollado en la teoría de restricciones TOC (Theory Of Constraints), para poder identificar cuáles son los cuellos de botella que no permiten que el proceso fluya de manera adecuada y proponer alternativas de mejora, que con su implementación exploten y subordinen la limitaciones al sistema.

A model of school behavior: tuition fees and grading standards

This paper uses a hybrid human capital / signaling model to study grading standards in schools when tuition fees are allowed. The paper analyzes the grading standard set by a profit maximizing school and compares it with the efficient one. The paper also studies grading standards when tuition fees have limits. When fees are regulated a profit maximizing school will set lower grading standards than when they are not regulated. Credit constraints of families also induce schools to lower their standards. Given that in the model presented competition is not feasible, these results show the importance of regulation of grading standards.

Children' s school study : an experimental theory of verbal information and social attitudes. 'Estudio de la escuela primaria: una teoría experimental de la información verbal y las actitudes sociales'.

Determinar los conceptos diferenciales alcanzados por los alumnos de segunda etapa de EGB con respecto a los alumnos de primera etapa en el area de ciencias sociales. Medir mediante una escala de Likertel cambio de actitudes producido como consecuencia de los aprendizajes en el area de humanidades.. La muestra aleatoria la componían 284 alumnos (145 chicos y 139 chicas) de 5õ y 8õ de EGB y 3õ de BUP, alumnos en centros de un centro urbano (Cáceres) y 3 núcleos rurales de la misma provincia.. La investigación se divide en dos bloques, el primero de ellos, de corte más teórico, estudia la cibernética y la teoría de la información como ciencias y su aplicación en el campo de la psicopedagogía. Se determinan también los esquemas generales para la construcción de escalas de medida de actitudes, y se trata de determinar experimentalmente la existencia de diferencias significativas en el caudal lingüístico entre alumnos procedentes de un medio rural y los procedentes de un medio urbano. El segundo bloque, de corte experimental, analiza el concepto de escala usado en ciencias sociales, y se trata de determinar las actitudes que representan un mayor grado de madurez en la dimensión socio-política. Para ello se aplica a los sujetos de la muestra la Social-responsability Scale.. Escala Likert. Quessing-game method (modificado). Social Responsability Scale de Berkowitz y Lutzeman.. Análisis de Varianza. Análisis de correlación. En terminos de transinsformación didáctica puede considerarse que durante la segunda etapa de EGB hay adquisición de conocimientos que suponen un substancial enriquecimiento del caudal lingüístico. El ambiente posibilita y condiciona el enriquecimiento o desarrollo de las facultades individuales. Pueden establecerse correlaciones parciales entre la adquisión de conceptos y la evolución de actitudes..

Can children with autism spectrum disorders be helped to acquire a theory of mind?. '¿Se puede ayudar a los niños con trastornos del espectro autista a adquirir una teoría de la mente?'.

Resumen en español

Measuring the benefits of employer investments in training : towards a new economic theory of training. 'Medir los beneficios de las inversiones del empresario en formación : hacia una nueva teoría económica de la formación'.

Resumen basado en el de la publicación

Theory of mind and language comprehension in schizophrenia

Resumen tomado de la publicación

A proposal of a behavior-based control architecture with reinforcement learning for an autonomous underwater robot

Aquesta tesi proposa l'ús d'un seguit de tècniques pel control a alt nivell d'un robot autònom i també per l'aprenentatge automàtic de comportaments. L'objectiu principal de la tesis fou el de dotar d'intel·ligència als robots autònoms que han d'acomplir unes missions determinades en entorns desconeguts i no estructurats. Una de les premisses tingudes en compte en tots els passos d'aquesta tesis va ser la selecció d'aquelles tècniques que poguessin ésser aplicades en temps real, i demostrar-ne el seu funcionament amb experiments reals. El camp d'aplicació de tots els experiments es la robòtica submarina. En una primera part, la tesis es centra en el disseny d'una arquitectura de control que ha de permetre l'assoliment d'una missió prèviament definida. En particular, la tesis proposa l'ús de les arquitectures de control basades en comportaments per a l'assoliment de cada una de les tasques que composen la totalitat de la missió. Una arquitectura d'aquest tipus està formada per un conjunt independent de comportaments, els quals representen diferents intencions del robot (ex.: "anar a una posició", "evitar obstacles",...). Es presenta una recerca bibliogràfica sobre aquest camp i alhora es mostren els resultats d'aplicar quatre de les arquitectures basades en comportaments més representatives a una tasca concreta. De l'anàlisi dels resultats se'n deriva que un dels factors que més influeixen en el rendiment d'aquestes arquitectures, és la metodologia emprada per coordinar les respostes dels comportaments. Per una banda, la coordinació competitiva és aquella en que només un dels comportaments controla el robot. Per altra banda, en la coordinació cooperativa el control del robot és realitza a partir d'una fusió de totes les respostes dels comportaments actius. La tesis, proposa un esquema híbrid d'arquitectura capaç de beneficiar-se dels principals avantatges d'ambdues metodologies. En una segona part, la tesis proposa la utilització de l'aprenentatge per reforç per aprendre l'estructura interna dels comportaments. Aquest tipus d'aprenentatge és adequat per entorns desconeguts i el procés d'aprenentatge es realitza al mateix temps que el robot està explorant l'entorn. La tesis presenta també un estat de l'art d'aquest camp, en el que es detallen els principals problemes que apareixen en utilitzar els algoritmes d'aprenentatge per reforç en aplicacions reals, com la robòtica. El problema de la generalització és un dels que més influeix i consisteix en permetre l'ús de variables continues sense augmentar substancialment el temps de convergència. Després de descriure breument les principals metodologies per generalitzar, la tesis proposa l'ús d'una xarxa neural combinada amb l'algoritme d'aprenentatge per reforç Q_learning. Aquesta combinació proporciona una gran capacitat de generalització i una molt bona disposició per aprendre en tasques de robòtica amb exigències de temps real. No obstant, les xarxes neurals són aproximadors de funcions no-locals, el que significa que en treballar amb un conjunt de dades no homogeni es produeix una interferència: aprendre en un subconjunt de l'espai significa desaprendre en la resta de l'espai. El problema de la interferència afecta de manera directa en robòtica, ja que l'exploració de l'espai es realitza sempre localment. L'algoritme proposat en la tesi té en compte aquest problema i manté una base de dades representativa de totes les zones explorades. Així doncs, totes les mostres de la base de dades s'utilitzen per actualitzar la xarxa neural, i per tant, l'aprenentatge és homogeni. Finalment, la tesi presenta els resultats obtinguts amb la arquitectura de control basada en comportaments i l'algoritme d'aprenentatge per reforç. Els experiments es realitzen amb el robot URIS, desenvolupat a la Universitat de Girona, i el comportament après és el seguiment d'un objecte mitjançant visió per computador. La tesi detalla tots els dispositius desenvolupats pels experiments així com les característiques del propi robot submarí. Els resultats obtinguts demostren la idoneïtat de les propostes en permetre l'aprenentatge del comportament en temps real. En un segon apartat de resultats es demostra la capacitat de generalització de l'algoritme d'aprenentatge mitjançant el "benchmark" del "cotxe i la muntanya". Els resultats obtinguts en aquest problema milloren els resultats d'altres metodologies, demostrant la millor capacitat de generalització de les xarxes neurals.

The relationship of language development to theory of mind understanding in young deaf children

This paper studies cognitive development in young deaf children, specifically Theory of Mind development and its link to language abilities.