llamado a becas

PROGRAMA DE DESARROLLO DE LAS CIENCIAS BASICAS
MINISTERIO DE EDUCACIÓN Y CULTURA - UNIVERSIDAD DE LA REPÚBLICA
PROYECTO URU/06/004, PROGRAMA DE LAS NACIONES UNIDAS PARA EL
DESARROLLO
PEDECIBA
Área de Física del PEDECIBA
Iniciación a la Investigación
El Consejo Científico del Área de Física del PEDECIBA, llama a presentación de candidatos
para la realización de actividades de investigación científica en temas de Física Básica.
Esta actividad está destinada a estudiantes de grado de las Facultades de Ciencias,
Ingeniería y Química y de materias relacionadas del IPA. Deben tener aprobado el segundo
año de su carrera.
No se considerarán candidatos que hayan tenido o tengan becas de iniciación o posgrado del
PEDECIBA u otras similares de instituciones nacionales como la ANII o CSIC. Tampoco
podrán tener cargos docentes en los Institutos de Física al momento de tomar posesión.
DEDICACIÓN y REMUNERACIÓN.
Se prevé una dedicación promedio de 15 horas semanales, con una remuneración mensual
inicial de $4.414.
No se podrá tener durante la duración del contrato otros cargos por más de 20 hs. semanales.
DURACIÓN.
Seis meses con opción a seis meses adicionales en caso de informe favorable.
PLAZO.
Los interesados deberán inscribirse en la Secretaría de PEDECIBA Física en Facultad de
Ciencias antes del 14 de setiembre de 2010 a la hora 16:00. (Iguá 4225- Tel. 525 1979)
Presentar:
* Carta dirigida al Consejo Científico (máx. 1 hoja A4) en la que incluya los temas de su
preferencia en orden de prioridad.
*CV
*escolaridad.
Toda la documentación deberá presentarse en papel y en versión electrónica (ésta puede ser
enviada a la dirección pedeciba @ fisica.edu.uy)
PROGRAMA DE DESARROLLO DE LAS CIENCIAS BASICAS
MINISTERIO DE EDUCACIÓN Y CULTURA - UNIVERSIDAD DE LA REPÚBLICA
PROYECTO URU/06/004, PROGRAMA DE LAS NACIONES UNIDAS PARA EL
DESARROLLO
PEDECIBA
TEMAS.
(Ver en la página web descripción y requisitos de cada tema)
1.- Estimación de la irradiación solar global para Uruguay a partir de variables meteorológicas. / Dres.
Gonzalo Abal y Madelein Renom.
2.- Estudio experimental y modelo termodinámico de la dependencia de las propiedades elásticas de
tejidos biológicos con la temperatura. / Dr. Nicolás Benech
3.- Análisis biomecánico de la patada en natación humana. / Dr. Ítalo Bove
4.- Estudio de transporte de sedimentos aplicado a erosión de suelos y lechos fluviales. / Dr. Ítalo
Bove
5.- Caos en circuitos. / Dra. Cecilia Cabeza
6.- Fabricación y modificación de materiales semiconductores nanoestructurados para aplicaciones
en celdas solares. / Dr. Dalchiele.
7.- Aplicaciones de Física de Sistemas Complejos a Problemas de Optimización. / Dres. Raúl
Donangelo y Hugo Fort.
8.- Referencias atómicas de frecuencia. Estrategias de miniaturización. / Dr. Horacio Failache
9.- Visualización de Objetos de Fase en la atmósfera. / Dr. José Ferrari
10.- Monitoreo atmosférico por medio de la espectroscopía de absorción óptica diferencial. / Dra. Erna
Frins
11.- Evolución Orbital de Sistemas Planetarios. / Dr. Tabaré Gallardo
12.- Óptica Cuántica: Conteo y estadística de fotones. / Dr. Arturo Lezama
13.- Caos y Sincronización: acercamiento experimental y numérico a sistemas no lineales. /Dr. Arturo
Martí
14.- Estudio ultrasónico de relajaciones inelásticas debidas a dislocaciones en cristales metálicos
(cobre y aluminio) y su interacción con el hidrógeno difundido. / Dr. Ariel Moreno
15.- Estudio por ultrasonido de transiciones de fase en cerámicas ferroeléctricas de tipo perovsita. /Dr.
Ariel Moreno
16.- Medida de propiedades elásticas por Ondas de Lamb. /Dr. Carlos Negreira
17.- Resolución de estructuras espaciales en materiales opacos mediante métodos acusto-ópticos. /
Dr. Ismael Nuñez
18.- Medidas eléctricas en materiales semiconductores y nanoestructurados. / Dra. Cecilia Stari
19.- La Anomalía Magnética del Atlántico Sur y sus consecuencias a nivel local. / Dres. Gonzalo
Tancredi y Leda Sánchez.
20.- Física de Medios Granulares con aplicaciones a procesos de impacto en asteroides y cometas. /
Dr. Gonzalo Tancredi.
21.- Análisis teóricos de problemas de interacción átomo-luz. / Dr. Paulo Valente
Propuesta de Pasantía de Iniciación a la Investigación:
Investigador responsable: Dr Gonzalo Abal - PEDECIBA-Física
Investigador co-responsable: Dra. Madeleine Renom-PEDECIBA-Geociencias
Estimación de la irradiación solar global para Uruguay a partir de variables
meteorológicas
La viabilidad de la energía solar como fuente de energía renovable requiere de
un conocimiento adecuado de la distribución espacial y temporal de la irradiación solar
incidente en plano horizontal. Sobre esta base es posible estimar irradiación solar
(directa y difusa) sobre planos inclinados y evaluar el rendimiento esperado de sistemas
colectores, planos o concentradores. Por otro lado, los modelos que simulan el
crecimiento de cultivos, o la planificación de estrategias de irrigación, también
requieren de información de calidad sobre la irradiación solar diaria. La generación de
una base de datos diaria de radiación solar, tendría un gran impacto en dos sectorres
considerados estratégicos para el país: Energía y Agricultura.
El PEDECIBA-Física, a través de su programa de inciación a la investigación,
ha apoyado una iniciativa que concluyó en la elaboración en abril de 2010 de una
primer versión del Mapa Solar del Uruguay (G. Abal et al.,
http://www.fing.edu.uy/if/solar) basado en datos de irradiación global diaria y de
heliofanía (horas de sol). El número de estaciones meteorológicas que registran
información de radiación solar diaria es escaso, tanto a nivel nacional como mundial.
Por otro lado, existe abundante información meteorológica sobre otros indicadores
como amplitud térmica, precipitaciones, humedad relativa. La actividad propuesta para
este llamado, consiste en realizar una estimación de irradiación solar global diaria
integrando otras variables meteorológicas como las ya mencionadas, a los datos de
irradiación solar existentes. El aspirante deberá acreditar buena escolaridad, tener un
interés serio en resolver el problema propuesto (estimación del recurso solar) y cierta
facilidad (no excluyente) con el tratamiento de datos en la computadora.
Título: Estudio experimental y modelo termodinámico de la
dependencia de las propiedades elásticas de tejidos biológicos
con la temperatura
Docente encargado: Nicolás Benech
Un valor elevado de la elasticidad en tejido blando es un indicador
de posibles patologías. Desde hace dos décadas la estimación local
no invasiva de propiedades elásticas en tejido blando es tema de
investigación en varios laboratorios del mundo. Este tipo de método
se denomina usualmente como elastografía. En nuestro laboratorio
la elastografía ultrasonora es un tema que viene siendo abordado
desde hace algunos años, dando como resultado 3 tesis de
posgrado y numerosas publicaciones en revistas internacionales
arbitradas.
Una de las aplicaciones más recientes en elastografía consiste en
monitorear los cambios en las propiedades elásticas locales
inducidas por calor. El interés está centrado en la elastografía como
un método de monitoreo de la terapia ultrasónica, en particular a
radiación de alta intensidad (High Intensity Focused Ultrasound,
HIFU). Algunos resultados recientes de nuestro laboratorio indican
la factibilidad de este monitoreo. Esto ha despertado interés por
seguir avanzando en este terreno. La interpretación de parte de los
datos obtenidos sin embargo no es tan directa pues no contamos
con un modelo físico satisfactorio de dicho comportamiento. Esta
propuesta está pensada para que el estudiante participe en la
adquisición y análisis de datos y colabore en la interpretación de los
resultados obtenidos.
Propuesta de Proyecto para Pasantía de Iniciación a la Investigación:
Título: Análisis biomecánico de la patada en natación humana.
Objetivo: Calcular la fuerza de arrastre sobre cada parte de la pierna, obteniendo la
contribución de cada segmento de la misma a la propulsión total.
Docente encargado: Italo Bove
Resumen: El estudio mecánico de las diferentes técnicas deportivas es un área
interdisciplinaria de investigación en pleno auge. El fin de estas
investigaciones es optimizar el rendimiento deportivo y entender los principios
físicos involucrados en los distintos deportes. Las mismas han constituido un
aporte sumamente valioso para el deporte de alto rendimiento, contribuyendo
a superar récords y a modificar la técnica de ejecución en muchos casos. La
natación, un deporte con una amplia gama de pruebas y estilos, ha sido
objeto de estos estudios. Al ser un deporte acuático, el abordaje de los
mismos implica integrar elementos de biología y fisiología, así como de
hidrodinámica y física de fluidos. Muchos estudios han intentado explicar la
propulsión del nado humano mediante análisis centrados en la acción de los
brazos, dando poca importancia al rol de las piernas. En esta propuesta de
estudio se pretende analizar desde el punto de vista biomecánico la patada
humana en natación para diferentes estilos. Mediante el análisis de videos
con el software ATD (Análisis de la Técnica Deportiva), conjuntamente con la
aplicación de un modelo sencillo para calcular la fuerza de arrastre (drag)
sobre cada parte de la pierna, se buscará obtener valores medios de la
contribución de cada segmento de la misma a la propulsión total. También se
tratará de establecer paralelismos, si los hay, entre alguno de los estilos de
natación evaluados con el nado más eficiente de los peces.
Condiciones para el candidato: Ser estudiante de la Facultad de Ingeniería o de la
Facultad de Ciencias. Conocimientos de mecánica y manejo de análisis de
datos.
Lugar: Laboratorio de Inestabilidades en Fluidos, Instituto de Física, Facultad de
Ingeniería.
Propuesta de Proyecto para Pasantía de Iniciación a la Investigación:
Título: Estudio de transporte de sedimentos aplicado a erosión de suelos y
lechos fluviales.
Objetivo: Estudiar experimentalmente la erosión de lechos arenosos no homogéneos,
particularmente debido a la presencia de vegetación en el mismo. Se
trabajará en un canal con recirculación, y se obtendrán medidas cuantitativas
de velocidad (PIV).
Docente encargado: Italo Bove
Resumen: La erosión de suelos y lechos fluviales es un tema de alta importancia por
sus implicaciones económicas y ecológicas. Los modelos existentes de
erosión en camas arenosas están bien estudiados cuando se utiliza granos
homogéneos, pero hay muy pocos trabajos para camas arenosas no
homogéneas.
Dada la complejidad de la dinámica de fluidos, el modelado experimental
en fluidos sigue siendo fundamental. Para muchas implementaciones de
ingeniería, se utilizan canales de laboratorio, con sistemas de recirculación
de agua. En nuestro laboratorio contamos con un canal pequeño, de 3 m de
largo por 0,2 m de ancho, en el cual se puede implementar técnicas de
análisis cuantitativo, como la Velocimetría por Imágenes de Partículas (PIV,
en su sigla en inglés). Con dicha técnica se pueden obtener mapas de
velocidades tanto en la dirección vertical como horizontal.
Actualmente se está estudiando como se modifica la erosión de un lecho
arenoso aguas debajo de una compuerta guillotina, cuando en el lecho se
mezclan diferentes tipo de fibras, simulando vegetación. Dichos estudios se
hacen en coordinación con docentes de la Universidad de Buenos Aires que
estudian arrastre de sedimentos.
Condiciones para el candidato: Ser estudiante de la Facultad de Ingeniería o de la
Facultad de Ciencias. Manejo elemental de Matlab, de mecánica de los
fluidos, y de trabajo en laboratorio.
Lugar: Laboratorio de Inestabilidades en Fluidos, Instituto de Física, Facultad de
Ingeniería.
Caos en circuitos
Dra. Cecilia Cabeza
La Física no lineal continúa siendo un área que despierta el interés en la
comunidad científica, tanto en el área de física como biología, electrónica, etc.
Asociados a este tipo de sistemas surgen naturalmente conceptos tales como
inestabilidad, bifurcaciones, caos, atractores extraños, exponentes de
Lyapunov, entre otros.
Un sistema emblemático para el estudio de este tipo de comportamientos es el
denominado Circuito de Chua. Este circuito se caracteriza principalmente por
dos aspectos: primero, es autónomo, es decir, no está alimentado por fuentes
de corriente alterna y segundo, está compuesto por dos partes: una parte que
presenta un comportamiento típico de un oscilador amortiguado (dos
condensadores, una resistencia y una bobina) y la otra parte que constituye el
único elemento no lineal denominado diodo de Chua. Este elemento causante
de la no linealidad actúa como la fuente de energía de todo el circuito, se ocupa
de retroalimentarlo y lo mantiene oscilando.
En este proyecto se plantea utilizar este circuito para el estudio de las diversas
herramientas generales que permiten analizar la evolución al caos de un
sistema.
Las etapas serán básicamente las siguientes:
 Modelado del circuito
 Resolución numérica y estudio de puntos fijos, orbitas periódicas,
inestables, caóticas, etc.
 Diagramas de bifurcación.
 Espacio de fase, mapas de Poincaré
 Cálculo de exponentes de Lyapunov
 Montaje experimental del circuito y estudio de su evolución en función de
los parámetros hallados en las etapas anteriores.
FABRICACION Y MODIFICACION DE MATERIALES
SEMICONDUCTORES NANOESTRUCTURADOS PARA
APLICACIONES EN CELDAS SOLARES.
Enrique A. Dalchiele
Instituto de Física, Facultad de Ingeniería, Universidad de la República,
Herrera y Reissig 565, C.C. 30, 11000 Montevideo, Uruguay.
Actualmente se reconoce a la energía solar como la vía principal para
cubrir las necesidades energéticas futuras de la humanidad, de una forma
limpia, sin afectar y sin deteriorar al medio ambiente. Dentro de dichas
tecnologías tenemos a la conversión fotovoltaica de la radiación solar
incidente, a través del uso de celdas solares. Sin embargo, las tecnologías
fotovoltaicas actuales son muy caras, lo que impide una mayor diseminación,
adopción y aplicación de las mismas. Así es que, aunque las celdas solares
de juntura p-n de silicio mono-cristalino todavía dominan el mercado, una
nueva generación de dispositivos fotovoltáicos y fotoelectroquímicos está
emergiendo y desafiando a aquellas con el fin de reducir costos y para
aumentar las eficiencias de conversión. En la mayoría de las veces esta
nueva generación de celdas está basada en las propiedades únicas de la
materia a escala nanométrica. Así es que, nanomateriales semiconductores
(o semiconductores nanoestructurados), con propiedades químicas y físicas
atractivas están siendo explorados para potenciales usos en aplicaciones de
medio ambiente y energía.
La síntesis de materiales semiconductores nanoestructurados es un
campo de investigación actualmente muy activo. La posibilidad de fabricar y
procesar materiales nanoestructurados es la piedra angular de la
nanotecnología. Al día de hoy, una gran cantidad de técnicas han sido
exploradas para la síntesis de materiales nanoestructurados. En nuestro
Laboratorio hemos desarrollado la capacidad de crecer de forma controlada
nanoestructuras (nanohilos, nanovarillas, películas nanoestructuradas) de
ZnO, silicio, CdSe, Cu2O, ZnO/CdS, ZnO/Cu2O, etc.. por vía electroquímica.
Durante la pasantía el estudiante preparará y caracterizará (difracción
de rayos-X, microscopia electrónica de barrido, etc.) diversos materiales
semiconductores nanoestructurados por vía electroquímica: nanovarillas de
ZnO, nanovarillas de ZnO sensibilizadas con CdS. Se estudiarán las
propiedades fotovoltaicas de dichas estructuras en celdas solares
fotoelectroquímicas.
e-mail: [email protected]
Tel.: 7110905/ 7115444
Referencias atómicas de frecuencia
Estrategias de miniaturización
El desarrollo de un reloj atómico requiere necesariamente perfeccionar la técnica de medida de
una referencia atómica de tiempo. En general un láser es utilizado para interactuar con un
sistema atómico y medir las transiciones del átomo en consideración, en un régimen tal que la
estructura atómica no se vea perturbada por el láser de medida o por el entorno. Por ello es
necesario en general utilizar como sistemas atómicos a vapores ultra-diluidos. Utilizando vapores
con una distribución térmica de velocidades (velocidad media de centenas de m/s), como la
resolución de la referencia atómica se vincula directamente con el tiempo de interacción del
átomo con el láser, las dimensiones del reloj atómico pueden llegar a medirse en metros.
Existen sin embargo relojes atómicos compactos aunque menos precisos, diseñados utilizando
diferentes estrategias para aumentar tiempo de interacción láser-átomo.
En el Laboratorio de Espectroscopía Láser actualmente investigamos diversas estrategias
novedosas que permitan obtener referencias atómicas de frecuencia miniaturizables. Se estudia
la espectroscopía de vapores atómicos en régimen de confinamiento, ya sea en celdas finas
micrométricas o en medios porosos nano-estructurados. La utilización de medios porosos
altamente difusores para la luz prometen la obtención de referencias atómicas en sistemas
extremadamente pequeños.
El estudiante se involucrará en las experiencias sobre la espectroscopía de átomos altamente
confinados en medios porosos. Se familiarizará con las técnicas de espectroscopía atómica de
alta-resolución, el régimen de movimiento atómico dentro del medio poroso y el régimen de
difusión de la luz láser que realiza la medida. Una vez obtenida la señal atómica, estudiará su
ancho espectral y su frecuencia central, identificando los factores esenciales que afectan la
referencia atómica.
BECA DE APOYO A LA INICIACIÓN DE LA INVESTIGACION CIENTIFICA
Investigador: Dr. José A. Ferrari
Grupo de Óptica Aplicada
Instituto de Física, Facultad de Ingeniería
TEMA: Visualización de Objetos de Fase en la atmósfera
Motivación:
La atmósfera es un sistema físico (y químico) muy complejo que para su estudio
requiere de la aplicación de diversas técnicas.
El Grupo de Óptica Aplicada viene desarrollando nuevos métodos ópticos para el
estudio de la atmósfera, por medio de los cuales se llega a cuantificar exitosamente la
concentración de gases contaminantes y las emisiones provenientes de la combustión de
combustible (por ej., NO2, SO2 y algunos hidrocarburos) por debajo de pocas partes por
billón (ppb).
Complementando la investigación de nuevos métodos ópticos para el monitoreo
atmosférico, se realizarán pruebas con el propósito de visualizar, mediante técnicas
espectroscópicas y de la Optica de Fourier, la presencia de contaminantes gaseosos en la
atmósfera a través de los cambios de índice de refracción que ellos producen.
Actividades a ser desarrolladas durante el Proyecto de Iniciación a la Investigación:
1) Familiarización con métodos de medidas.
2) Familiarización con los equipos de monitoreo.
3) Participar del armado de un prototipo para visualizar cambios de índice de
refacción.
4) Participar en las campañas de medidas.
5) Evaluación de los datos adquiridos durante las campañas.
6) Elaboración de un pequeño informe de las tareas realizadas.
Requisitos:
Interés en la investigación en la Óptica, la Atmósfera y el Medioambiente.
Capacidad de trabajar en grupo.
Las actividades son adecuadas para estudiantes de Física, Química, Astronomía e
Ingeniería Eléctrica.
Propuesta de proyecto de Iniciación a la Investigación.
Raúl Donangelo, Pablo Fleurquin, Hugo Fort.
Aplicaciones de Física de Sistemas Complejos a Problemas de Optimización.
Consideraremos el ejemplo de la optimización del layout (disposición física de los productos)
de un depósito tomando como datos de entrada el tamaño del depósito y la frecuencia de
rotación de los productos. También se tendrán en cuenta los costos asociados al
almacenamiento de los productos, el transporte de los mismos para su despacho, incluyendo
el del personal y equipo utilizados.
Buscaremos así obtener una función de costos, que deberá ser minimizada variando la
disposición y tipo de operación de los productos en el depósito.
El proyecto será estudiado en varios pasos de diferente complejidad. Un primer caso, de
estudiar el problema para un único producto, es análogo al ya estudiado de determinar la
estrategia de carga de pasajeros en un avión que minimiza el tiempo necesario para que sea
efectuada [1]. Pasaremos después al caso de pocos productos, en que esperamos que la
solución, una vez obtenida, sea fácil de ser comprendida y analizada. El resultado de este
análisis servirá para sugerir estrategias aplicables a los casos más complejos que se
asemejen a los encontrados en la realidad. Dispondremos de datos reales, suministrados por
la Consultora CLC, para aplicar los algoritmos obtenidos y contrastarlos con los que vienen
siendo utilizados.
Para desarrollar este trabajo el estudiante deberá familiarizarse con la el método de
simulaciones Monte Carlo [2] así como algunos conceptos básicos de control de stock [3]. El
trabajo requerirá el desarrollo de programas de computación de complejidad media.
1. Optimal boarding method for airline passengers, Jason H. Steffen, arXiv:0802.0733
2. Monte Carlo Methods in Statistical Physics, M.E.J. Newman and G.T. Barkema,
Oxford University Press (2001).
3. Warehouse & Distribution Science, J. Bartholdi and S. Hackman, Free Textbook,
Release 092 (2010).
BECA DE APOYO A LA INICIACIÓN DE LA INVESTIGACION CIENTIFICA
Investigadora: Dra. Erna Frins
Grupo de Óptica Aplicada
Instituto de Física, Facultad de Ingeniería
TEMA: Monitoreo atmosférico por medio de la espectroscopia de absorción óptica
diferencial
Motivación:
El Grupo de Óptica Aplicada trabaja entre otros temas, en el desarrollo de métodos
ópticos para el monitoreo remoto de contaminantes atmosféricos.
Dado que el monitoreo de contaminantes requiere de equipos sofisticados, de elevado
costo inicial y complejo mantenimiento, tanto a nivel local como mundial se cuenta con
poca información real sobre las emisiones gaseosas contaminantes, y se trabaja en base
a estimaciones.
Una alternativa viable para poder estudiar la atmósfera y sus constituyentes, es la
espectroscopia óptica de absorción diferencial (DOAS) utilizando luz solar. Así, a
través del espectro de absorción específico de cada molécula se puede concluir la
presencia de determinados gases, obteniéndose información sobre las emisiones de las
chimeneas, su dispersión espacial, etc. Es posible realizar verdaderas tomografías de los
gases y aerosoles presentes en las capas bajas de la atmósfera.
Actividades a ser desarrolladas durante el Proyecto de Iniciación a la Investigación:
1) Familiarización con métodos de medidas.
2) Familiarización con los equipos de monitoreo.
3) Medir espectros de reflexión de distintas superficies utilizando la luz solar y
analizar sus propiedades.
4) Participar las campañas de medidas.
5) Evaluación de los datos adquiridos durante las campañas.
6) Elaboración de un pequeño informe de las tareas realizadas.
Requisitos:
Interés en la investigación en la Óptica, la Atmósfera y el Medioambiente.
Capacidad de trabajar en grupo.
Las actividades son adecuadas para estudiantes de Física, Química, Ciencias de la
Atmósfera, Ingeniería Eléctrica y Ambiental.
PLAN DE TRABAJO PARA PASANTIA EN
EVOLUCION ORBITAL DE SISTEMAS PLANETARIOS
Responsable: Tabaré Gallardo
Se estudiarán algunos problemas de estabilidad y evolución de órbitas de
cuerpos menores del Sistema Solar (asteroides, cometas, transneptunianos)
así como de la dinámica orbital del sistema planetario y sistemas extrasolares.
Algunos posibles temas a analizar abarcan las resonancias de movimientos
medios, resonancias seculares, la dinámica secular en el Sistema Solar exterior
(mecanismo de Kozai), los efectos no-gravitacionales como Yarkovsky, efectos
relativistas, problemas de acreción, colisiones, migración planetaria por
intercambio de momento angular con planetesimales, etc. Se realizarán
simulaciones numéricas con integradores orbitales (Evorb, Mercury, Daedalus,
Fargo) y se analizarán los resultados numéricos comparándolos con los
resultados obtenidos con modelos teóricos. Algunos de estos modelos serán
desarrollados en manipuladores algebraicos como Mathematica.
El pasante deberá tener nociones de Mecánica Celeste y programación.
Óptica cuántica: Conteo y estadística de fotones.
Laboratorio de Espectroscopía Láser.
Responsable: Arturo Lezama
La luz presenta un comportamiento dual. A muchos efectos se presenta como un onda
mientras que en otros fenómenos físicos se manifiesta como un conjunto de partículas
(fotones). La detección de luz a muy baja potencia revela el aspecto corpuscular de ésta
ya que la detección ocurre en forma discreta produciendo una señal (pulso) ante la
llegada de cada fotón individual. En este trabajo proponemos conocer y estudiar las
técnicas de foto-detección y foto-conteo utilizando para ello fotodiodos de avalancha y
una tarjeta adquisidora. El trabajo debe permitir al estudiante observar directamente el
aspecto corpuscular de la luz, familiarizarse con las técnicas de foto-detección y realizar
el análisis estadístico de los fotones detectados. En particular, se estudiarán las
correlaciones entre las llegadas de fotones individuales a dos detectores diferentes. Los
conocimientos adquiridos permitirán al pasante conocer y participar en los experimentos
que se realizan en el laboratorio en torno a las propiedades cuánticas de la luz en
interacción con un sistema atómico.
Caos y Sincronización: acercamiento experimental y numérico a sistemas no lineales.
Arturo C. Martí
Grupo de Mecánica Estadística y Física No-lineal.
Los sistemas no lineales son la última frontera de la Física Clásica. En muchas ocasiones presentan
compartimientos contraintuitivos y sorprendentes, por ejemplo, pertubaciones muy pequeñas en las
condiciones iniciales tienen efectos impredecibles, sistemas simétricos se vuelven asimétricos en
forma inesperada, una mayor rugosidad en la superficie de una esfera puede dar lugar a una mayor
velocidad, etc. Por otro lado, la sincronización de sistemas no lineales sobre redes complejas es uno
de los temas más candentes de la Física no lineal actual. Entre los sistemas que exhiben
sincronización podemos destacar el movimiento unísono de un conjunto de individuos que cruzan
un puente, arreglos de láseres, ritmos circadianos, redes de trasmisión de datos y células cardíacas.
En este proyecto planteamos el acercamiento a algunos sistemas no lineales que pueden ser
estudiados tanto experimental como numéricamente, entre los que incluimos el péndulo doble,
péndulos magnéticos, elásticos y acoplados. Estos sistemas son una excelente herramienta para
aproximarnos al estudio de los sistemas caóticos pues a pesar de su aparente simplicidad tienen un
comportamiento muy rico. La sincronización en términos generales es un fenómeno asociado con
los sistemas disipativos, mientras que por el contrario, estos sistemas mecánicos se suelen estudiar
en el límite conservativo. Es una buena ocasión, entonces, para estudiar la relación entre sincronía y
disipación.
Dentro de las actividades específicas a desarrollarse podemos mencionar, primero una introducción
basada en la bibliografía reciente, luego la selección de algunos modelos para realizar simulaciones
numéricas, tanto tradicionales como basadas en paquetes de cálculo simbólico y algunas
experiencias de laboratorio. Calcularemos trayectorias, exponentes de Liapunov, secciones de
Poincaré, espectros de potencias entre otras cantidades que sirven para analizar los sistemas
caóticos.
A)
Estudio ultrasónico de relajaciones anelásticas debidas a dislocaciones en
cristales metálicos FCC (cobre y aluminio) y su interacción con el hidrógeno difundido.
Grupo : Acústica Ultrasonora
Laboratorio : Relajaciones Anelásticas
Responsable : Dr. Ariel Moreno-Gobbi
Colaboradora : Lic. Sofía Favre
La propuesta consta de dos proyectos diferentes, por los que el estudiante podrá optar:
(a) Estudio ultrasónico de la interacción del hidrógeno difundido en cristales
metálicos FCC con las dislocaciones cristalinas.
(b) Caracterización y estudio con ultrasonido de transiciones de fase en cerámicas
ferroeléctricas.
En el laboratorio de relajaciones anelásticas, se desarrollan técnicas de espectroscopía
ultrasónica para el estudio de propiedades de sólidos cristalinos y policristalinos.
A partir del equipamiento ultrasónico MATEC, que permite abarcar el amplio espectro de
frecuencias comprendido entre 1 y 700 MHz, asistido por criogenia de helio gaseoso por
circuito cerrado, asociado un control fino que permite variar la temperatura de la
muestra en estudio entre 8 K y 473 K, a una tasa controlada mínima de 0.2 K/min, es
posible encarar el estudio de diferentes propiedades, como las que se enumeran:
(a)
Estudio ultrasónico de propiedades de defectos en cristales:
Mecanismos asociados a la dinámica de kinks (solitones) en dislocaciones de
cristales metálicos de estructura fcc y bcc, libres y en interacción con átomos
de diferentes gases (hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, etc) difundidos en la red.
(b)
Estudio por ultrasonido de transiciones de fase en cerámicas electrónicas:
Relajaciones anelásticas de cerámicas Ferroeléctricas, siendo de importancia
en este trabajo el estudio de las transiciones de fase que experimentan las
cerámicas ferroeléctricas de estructura perovskita.
Durante la pasantía, el estudiante se familiarizará con las técnicas ultrasónicas
utilizadas, como ser la técnica de superposición de ecos debida a Papadakis, que
permite la medición de tiempos de viaje de los pulsos ultrasónicos con precisión de 0.1
µs o mejor, y su variación con precisión de 0.1 ns. o mejor, y la criogenia de helio.
Deberá también familiarizarse con el sistema automatizado que permite el control
completo de la experiencia, con un control fino de la tasa de variación de la temperatura
de la muestra.
Deberá estudiar aspectos teóricos introductorios sobre:
Proyecto (a): Estructura cristalina, defectos cristalinos, impurezas (difusión de gases y
su atrapado en trampas generadas por defectos) y propagación de ondas en cristales.
Estudio por ultrasonido de
ferroelécticas de tipo perovsita.
transiciones
de
fase
en
cerámicas
Grupo : Acústica Ultrasonora
Laboratorio : Relajaciones Anelásticas
Responsable : Dr. Ariel Moreno-Gobbi
Colaboradora : Lic. Sofía Favre
En el laboratorio de relajaciones anelásticas, se desarrollan técnicas de espectroscopía
ultrasónica para el estudio de propiedades de sólidos cristalinos y policristalinos.
A partir del equipamiento ultrasónico MATEC, que permite abarcar el amplio espectro de
frecuencias comprendido entre 1 y 700 MHz, asistido por criogenia de helio gaseoso por
circuito cerrado, asociado un control fino que permite variar la temperatura de la
muestra en estudio entre 8 K y 473 K, a una tasa controlada mínima de 0.2 K/min, es
posible encarar el estudio de diferentes propiedades, como las que se enumeran:
(a)
Estudio ultrasónico de propiedades de defectos en cristales:
Mecanismos asociados a la dinámica de kinks (solitones) en dislocaciones de
cristales metálicos de estructura fcc y bcc, libres y en interacción con átomos
de diferentes gases (hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, etc) difundidos en la red.
(b)
Estudio por ultrasonido de transiciones de fase en cerámicas electrónicas:
Relajaciones anelásticas de cerámicas Ferroeléctricas, siendo de importancia
en este trabajo el estudio de las transiciones de fase que experimentan las
cerámicas ferroeléctricas de estructura perovskita.
Durante la pasantía, el estudiante se familiarizará con las técnicas ultrasónicas
utilizadas, como ser la técnica de superposición de ecos debida a Papadakis, que
permite la medición de tiempos de viaje de los pulsos ultrasónicos con precisión de 0.1
µs o mejor, y su variación con precisión de 0.1 ns. o mejor, y la criogenia de helio.
Deberá también familiarizarse con el sistema automatizado que permite el control
completo de la experiencia, con un control fino de la tasa de variación de la temperatura
de la muestra.
Para esta propuesta, deberá estudiar aspectos teóricos introductorios sobre:
Estructura cristalina, propagación de ondas en cristales,
aspectos básicos de
transiciones de fase estructurales en sólidos, estructura perovskita, ferroelectricidad.
Medida de propiedades elásticas por Ondas de Lamb
Laboratorio de Acústica Ultrasonora
Dr. Carlos A. Negreira
La medida de las velocidades de fase y de grupo en guías de onda elásticas (placas,
tubos, etc.) permite obtener constantes elásticas del material de las guías y de sus
interfases. Se utilizan para ello las curvas de dispersión de Lamb teóricas
correspondientes a cada caso de figura.
Este proceder plantea ciertos inconvenientes. Por un lado, para poder utilizar las curvas
de dispersión teóricas, se debe asumir que las guías tienen dimensiones infinitas y por
otro lado se deben usar altas frecuencias para que el largo de onda utilizado sea más
pequeño que las dimensiones en cualquier dirección de las guías, lo que hace más
compleja la adquisición y posterior tratamiento de señales.
La propuesta de este trabajo experimental consiste en utilizar las propiedades de las
funciones de Green de receptores y emisores de ondas elásticas de baja frecuencia
(<1KHz) propagándose este tipo de placas o tubos de dimensiones finitas con
geometrías y bordes no regulares y arbitrarios . Este proceder permite situar el análisis
de las constantes elásticas en el dominio del primer modo antisimétrico de Lamb. El
estudiante participará en la adquisición y tratamiento de datos de un set-up experimental
ya en marcha y comenzará a participar en la discusión y análisis de los resultados
obtenidos.
Resolución de estructuras espaciales en materiales opacos mediante métodos acustoópticos.
Pasantía 2010 - 15 hs. Semanales - 24 semanas
Laboratorio de Análisis óptico de vibraciones - IFFI
PLAN DE TRABAJO:
1. Introducción
La estructura interna de materiales, no accesible desde el exterior por observación directa, es
importante en muchos casos de aplicación de la física de los materiales.
Estas observaciones pueden revelar el estado de la cara interna de recipientes o largos tubos
para transporte de sustancias. Los ensayos pueden efectuarse in situ sin necesidad de
desmontar la estructura.
También pueden utilizarse para analizar la estructura interna de tejidos biológicos, a fin de
detectar periodicidades en estructuras fibrosas y la ruptura de estas periodicidades debido a
cambios en las propiedades mecánicas del medio (cambios de tejido, anomalías en un mismo
tejido, etc.).
Para conformar un mapa de estas estructuras se pueden utilizar métodos ecográficos con
ultrasonido. Para esto se requieren avanzados transductores de ultrasonido y una electrónica
sofisticada para transformar en imágenes las señales de los ecos acústicos.
Los métodos acusto-ópticos permiten utilizar un transductor sencillo emitiendo en régimen
pulsado. Se aprovecha el fenómeno elasto-óptico de los medios materiales transparentes
mediante el cual el eco ultrasónico, que contiene la información sobre la estructura interna del
medio, altera la fase de la luz que lo atraviesa. Esta modulación de fase de la luz es la que
permite revelar las modulaciones del frente de onda del eco acústico y, con ellas, la estructura
interna que las generaron.
2. Cronograma de trabajo
Revisión de aspectos teóricos previos.
Deducción de las ecuaciones de ondas para la Acústica en fluidos no viscosos y la Óptica en
el vacío. Potenciales de velocidad y electromagnético. Ondas monocromáticas y ecuación de
Helmholtz. Solución para ondas planas.
Reflexión y refracción. Ecuaciones de Fresnel. Índice de refracción. Pequeñas longitudes de
onda. Ecuación de la Eikonal. Lentes y espejos ópticos y acústicos. Similitudes y diferencias
entre la Óptica geométrica y la acústica de alta frecuencia. Sistemas ópticos y acústicos
sencillos.
Ecuación de ondas con fuentes. Integral de Kirchhoff para la difracción. Aproximaciones para
la Óptica y para la Acústica. Aberturas ópticas y transductores acústicos circulares. Región de
Fresnel y región de Fraunhofer.
6 semanas
Medición óptica de campos ultrasónicos en medios transparentes
Interacción acusto-óptica en medios ópticamente isotrópicos. Condiciones de Raman-Nath y
de Bragg. Coeficiente elasto-óptico. Métodos schlieren, de campo oscuro y de contraste de
fase para observar el campo acústico en la condición de Raman-Nath. Aplicaciones del método
schlieren para estudio de campos ultrasónicos. Campo de un transductor plano. Estudio de la
respuesta en frecuencia de un transductor mediante el método schlieren. Observación de la
reflexión y trasmisión de pulsos acústicos. Campo de transductores especiales (transductores
anulares, de difracción limitada, etc.)
9 semanas
Análisis de estructuras espaciales periódicas y no periódicas en los materiales.
Superficies moduladas perpendicularmente al haz de luz (modulación uni-dimensional).
Análisis de un pulso acústico reflejado en una estructura espacialmente periódica. Utilización
de la doble transformada de Fourier (FT) para la obtención de la periodicidad. Resolución de
estructuras no periódicas utilizando la doble FT.
Superficies moduladas en ambas direcciones (modulación bi-dimensional). Discusión de la
posibilidad e construir un mapa mediante métodos tomográficos.
Observación de ecos acústicos provenientes de volúmenes con estructura de fibras (paralelas
al haz de luz)
9 semanas
Bibliografía
1. Fundamentos de Acústica (Kinsler).
Óptica (Hecht).
Principios de Óptica (Born & Wolf).
Ondas elásticas en los sólidos (Royer – Dieulesaint)
2. Ondas elásticas en los sólidos (Royer – Dieulesaint). Tomo II
Laser Ultrasonics (Scruby).
Principios de Óptica (Hecht).
Optical detection of weak spatial modulation in acoustic pulses by applying 2dimensional Fourier transforms, I. Núñez, A. Arzúa and T. de los Campos, Applied
Physics (European Physics Journal), Vol. 42, Nro. 2, May 2008, pp. 169-175
A differential operator approach for Fourier image processing. I. Núñez and J. Ferrari.
Journal of the Optical Society of América (JOSA-A). Vol. 24, No. 8, August 2007, pp.
2274-2278.
Bright vs. dark schlieren imaging: quantitative analysis of quasi-sinusoidal phase
objects. I. Núñez and J. Ferrari, Applied Optics, Vol. 45, No. 5, Feb. 2007, pp. 725-729
Dr. Ismael Núñez
[email protected]
Lab. de Análisis óptico de vibraciones
Instituto de Física – Fac. de Ingeniería.
Medidas eléctricas en materiales semiconductores y nanoestructurados.
El grupo de Física del Estado Sólido (GFES), del Instituto de Física de la Facultad de
Ingeniería tiene como principales línea de investigación el estudio de materiales
semiconductores y materiales nanoestructurados. Los materiales semiconductores tienen
diversas aplicaciones tecnológicas en dispositivos electrónicos, LEDs, celdas solares
entre otras y vienen siendo estudiados por nuestro grupo desde hace varios años.
La conductividad eléctrica de un semiconductor puede variar fuertemente con la
concentración de impurezas, la temperatura, la excitación óptica, inyección de exceso de
portadores de carga entre otros. En esta posibilidad de controlar las propiedades
eléctricas (y ópticas) de un semiconductor es que se encuentran las potenciales
aplicaciones de estos materiales en diferentes dispositivos electrónicos y
optoelectrónicos.
Nuestro grupo ha venido trabajando desde hace varios años en la fabricación y el
estudio de las propiedades optoeléctronicas de estos materiales. Se ha demostrado que
mediante dopaje con diferentes elementos y controlando las condiciones de preparación
(el tamaño de grano o tamaño de los nanohilos en los materiales nanoestructurados,
número y espesor de las capas en los filmes semiconductores) es posible modificar y
controlar las propiedades eléctricas y magnéticas de los mismos.
Las medidas eléctricas son por lo tanto de gran importancia para el estudio de las
propiedades de estos materiales.
El plan de trabajo a desarrollar incluye la realización de medidas eléctricas (resistividad,
curvas corriente – voltaje, fotoconducción) usando diferentes técnicas dependiendo del
material a estudiar. Se pretende correlacionar estos resultados con los obtenidos por
medidas ópticas realizadas también en nuestro laboratorio, por lo que el estudiante
realizará su actividad vinculado al resto del equipo de investigación que trabaja en la
preparación de las muestras y realización de medidas optoelectrónicas.
Dra. Cecilia Stari
Grupo de Física del Estado Sólido
La Anomalía Magnética del Atlántico Sur y sus consecuencias a nivel local
Responsables: Gonzalo Tancredi y Leda Sánchez Bettucci (Geociencias)
La región de Sur de Brasil, Paraguay, Este de Argentina y Uruguay se ubican bajo la
Anomalía Magnética del Atlántico Sur (South American Magnetic Anomaly – SAMA). Se
trata de una zona donde los valores de la intensidad del campo magnético presentan un
mínimo global, con valores de 1/3 del total. La anomalía esta ocasionada por el hecho de
que el centro del campo magnético de la Tierra esta desviado de su centro geográfico en
450 km y que el eje del dipolo magnético está inclinado respecto del eje de rotación de la
Tierra con un ángulo de ~11 grados. Una de las consecuencias de esta anomalía es que
el cinturón de radiación interior de Van Allen, que rodea a la Tierra, se acerca a la
superficie a alturas muy inferiores que en otras regiones del planeta. El cinturón interior de
Van Allen es una región donde los protones provenientes de la radiación cósmica y del
viento solar quedan atrapados en las líneas de campo magnético terrestre, siguiendo un
movimiento de espiraleo y de reversión del movimiento.
La SAMA podría estar asociada al proceso de reversión del campo magnético, por el que
está atravesando nuestro planeta.
Son muchos los estudios que se han hecho sobre las consecuencias del SAMA en
satélites de baja altura, en particular la alta intensidad del flujo de protones que causan
desperfectos en los componentes electrónicos del instrumental.
En cambio, es poco lo que se conoce sobre las consecuencias del SAMA a nivel de
superficie. Entre los problemas a considerar están: flujo de partículas energéticas a nivel
de superficie, detección de muones, corrientes inducidas en líneas de alta tensión y
cañerías, ionización de la alta atmósfera y generación de tormentas eléctricas, etc.
Durante los primeros meses de la pasantía se pretende hacer una revisión bibliográfica de
la literatura publicada sobre estos fenómenos a nivel regional. Luego de tener una mayor
comprensión de los fenómenos físicos más relevantes, se buscará correlacionar datos de
eventos como desperfectos de trasmisión eléctrica o de componentes electrónicos con
tormentas eléctricas y tormentas geomagnéticas causadas por picos de la actividad solar.
Los datos serán aportados por empresas vinculadas a la temática como UTE, Salto
Grande y ANTEL.
Se hará un seguimiento de la información sobre la ocurrencia de tormentas solares, para
generar un mecanismo de prevención sobre las consecuencias de estos eventos. Además
se participará de campañas de medición de la variabilidad magnética de nuestro país,
especialmente durante tormentas solares que alcancen el planeta.
Física de Medios Granulares con aplicación a procesos de impacto en
asteroides y cometas
Los medios granulares son aquellos formados por un cierto número de objetos macroscópicos
(llamados granos) que interaccionan por medio de contactos temporales o permanentes. Todos
los materiales que se presentan en forma de granulados (cereales, arena...) o polvos (talco,
harina...) son estudiados por la física de medios granulares.
En particular a nosotros nos han interesado los procesos de segregación por tamaño debido a
vibraciones (conocido como “efecto nueces de Brasil”) y su simulación a través de técnicas de
DEM, con el objetivo de aplicarlo al estudio de procesos colisionales de asteroides.
Hemos identificado dos problemas que nos interesa estudiar a través de la aplicación de la
Física de Medios Granulares, a saber:
i. Procesos de segregación de rocas por tamaño como producto de sismos producidos en
colisiones de asteroides, como en el caso del asteroide Itokawa visitado por la sonda
espacial japonesa Hayabusa.
ii. Producción de nubes de polvo a baja velocidad relativa como producto de la aceleración
inducida por un sismo generado a partir de una colisión
Para el estudio de estos fenómenos se identificaron cuatro áreas de trabajo cuyos resultados
nos permitan comprender los procesos colisionales de asteroides basados en la aplicación de
la Física de Medios Granulares:
1. Análisis de imágenes de los asteroides de interés con el fin de detectar los procesos de
activación o de segregación de rocas.
2. Experiencias de laboratorio para la simulación sismos de impacto y la producción de
nubes de polvo y segregación por tamaño.
3. Aplicación de técnicas DEM en condiciones de muy baja gravedad
4. Evolución orbital de partículas eyectadas desde la superficie a baja velocidades
relativas.
Hemos comenzado a implementar las experiencias de laboratorio a través del estudio del
comportamiento de un medio granular sometido a repetidas shocks por caídas, que simula un
sismo producido por un impacto. También se están planificando experiencias de impacto con
proyectiles a alta velocidad y con explosivos, para estudiar la transmisión de ondas sísmicas en
medios porosos secos.
Los otros dos ítems requieren de simulaciones numéricas. La simulación numérica de la
evolución orbital es un área en la cual ya tenemos una gran experiencia y que ya estamos
implementando.
Para la aplicación de la técnica DEM se cuenta con abundante bibliografía que incluye diversas
implementaciones numéricas de la misma. No obstante hay problemas que nos interesa
particularmente implementar y que no se han hecho hasta el momento, como ser la simulación
de la evolución de un asteroide tipo “pila de escombros”, mantenidos por su autogravedad y
sometidos a impactos recurrentes de pequeños proyectiles. Para eso se requiere de una gran
capacidad de cálculo, solamente alcanzable a través de programación en paralelo para clusters
de varias decenas de CPUs.
Dependiendo del interés del estudiante, este se podrá integrar a alguno de las áreas de trabajo
anteriores, que van desde los experimentos de laboratorio y su interpretación, el análisis de
imágenes hasta simulaciones numéricas de procesos físicos y dinámicos.
Investigador Responsable:
Gonzalo Tancredi
Depto. Astronomía – Inst. Física
Fac. Ciencias
Email: [email protected]
Análisis teóricos de problemas de interacción átomo-luz.
Dr. Paulo Valente
La Mecánica Cuántica (MC) es la teoría más apropiada para tratar los problemas físicos
del mondo microscópico. En particular, a través de ella los fenómenos a nivel atómico
pueden ser comprendidos de forma bastante simplificada, permitiendo por ejemplo una
muy buena comprensión de toda la estructura de la tabla periódica y de los diferentes
espectros de emisión de los diferentes elementos que la compone. En experimentos
actuales que son realizados en los laboratorios de óptica cuántica y física atómica, un
campo de luz generado por un láser interactúa con una muestra de vapor atómico,
generando una enorme variedad de fenómenos ópticos.
Este proyecto propone iniciar el estudiante en los principales conceptos de la teoría
cuántica, para enseguida enfocar a posibles descripciones matemáticas de algunos
procesos de interacción entre un campo electromagnético y un sistema atómico.
Particularmente, el estudiante deberá hacer contacto con diferentes métodos, tales como
el uso del operador densidad, y el análisis a través del átomo vestido. Una vez
comprendidos los conceptos fundamentales y asimiladas algunas herramientas de
cálculo, él estudiante podrá contribuir en algunas etapas de cálculo asociadas a
problemas actuales de nuestro grupo de investigación.