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*DEPARTAMENTO DE –FÍSICA APLICADA

PROPUESTA DE TRABAJO FIN DE GRADO

GRADO EN FÍSICA

CURSO 2019/2020

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Facultad de Ciencias, Plaza de los Caídos, S/N. 37008 Salamanca, España Telf.: + 34 923294451, Fax: + 34 923294514 Web: http://ciencias.usal.es , Email: [email protected]

1 - Título: Caracterización de materiales magnéticosTitle: Characterization of magnetic materials

Tutor: Ana García Flores

Descripción del trabajo: El estudio, clasificación y comprensión de los materiales desde un punto de vista magnético se aborda de manera transversal a lo largo del grado. Con este trabajo se pretende que el estudiante, a partir de la bibliografía proporcionada, profundice en los materiales magnéticos. Una vez analizados y estudiados se procederá a medir de forma experimental las principales características de alguno de ellos: se obtendrá la susceptibilidad magnética de una sal paramagnética por medio de la evaluación de la fuerza que experimenta cuando se somete a un campo magnético no uniforme y se medirán ciclos de histéresis de materiales ferromagnéticos obteniéndose la magnetización de saturación y el campo coercitivo.

Área de conocimiento preferente: Electromagnetismo

Asignaturas de grado relacionadas: Electromagnetismo I y II, Electrodinámica clásica,

Tipo: Trabajo teórico-experimental

Modalidad: Específico

Bibliografía:

Cullity, B.D.: “Introduction to Magnetic Materiales”, Addison-Wesley, 2009.

Bertotti, G.: “Hysteresis in Magnetism”, Academic Press, 1998

http://ciencias.usal.es/

mailto:[email protected]

FACULTAD DE CIENCIAS

TRABAJO DE FIN DE GRADO

GRADO EN: FÍSICA

2 - PROPUESTA DE TEMA PARA REALIZAR EL TFG

Título (Castellano:) Estudio de la histéresis magnética

Título (Inglés:) Study of magnetic hysteresis

Datos del tutor/a

• Nombre y Apellidos: Marcelino Zazo Rodríguez y Víctor Javier Raposo Funcia• Departamento: Física Aplicada

Área de conocimiento preferente en el que se encuadra el trabajo: Electromagnetismo

Tipo (trabajo experimental, trabajo teórico, trabajos de revisión e investigación bibliográfica): Experimental

Modalidad (individual, compartido): individual

Asignaturas del grado directamente relacionadas con la propuesta: Electromagnetismo I y II y

Física del Estado Sólido I y II

Citas bibliográficas (al menos 2 citas):

Cullity, B.D.: “Introduction to Magnetic Materiales”, Addison-Wesley, 2009. Bertotti, G.: “Hysteresis in Magnetism”, Academic Press, 1998

Descripción (al menos 500 caracteres):

Se realizará un estudio preliminar de las propiedades magnéticas de los materiales, analizando su

comportamiento cuando se le aplica un campo magnético externo. Dentro de los distintos materiales

magnéticos, los ferro y ferrimagnéticos son unos de los más importante en aplicaciones, tanto

tecnológicas como a nivel industrial. Una propiedad de gran importancia de estos es que presentan

histéresis. En este trabajo realizaremos una de las técnicas empleadas para la obtención del ciclo

de histéresis de un material ferromagnético mediante un transformador y analizaremos dicho ciclo

para determinar sus pérdidas magnéticas y de Foucault.

3 - Propuesta de Trabajo de Fin de Grado

Tutor académico: Luis López Díaz

Título en español: Simulación de movimiento de cargas en materiales conductores

Título en inglés: Simulation of charge dynamics in conductors

Descripción del trabajo: Cuando se introduce carga en un conductor ésta se redistribuye hasta alcanzar el equilibrio, situación en la cual toda la carga está colocada sobre la superficie de forma que el campo en el interior es nulo. Este proceso ocurre en un tiempo muy corto y es consecuencia de la interacción coulombiana entre las cargas. El trabajo que se propone consiste en estudiar este proceso en situaciones diversas y conductores con distintas geometrías. Para ello se elaborará un modelo que describa la dinámica de las cargas teniendo en cuenta la interacción electrostática entre ellas y se desarrollará un código que permita resolver numéricamente las ecuaciones dinámicas del sistema de cargas.

Área de conocimiento preferente: Electromagnetismo

Área de conocimiento afín: Electrónica

Asignaturas con las que está relacionado: Electromagnetismo I, Electromagnetismo II, Física Computacional

Tipo: 1 (experimental)

Modalidad: 2 (específico)

Bibliografía: (1) D.J. Griffiths, Introduction to Electrodynamics (Prentice Hall). (2) W.H. Press y otros, Numerical Recipes: the art of scientific computing (Cambridge University Press).

4 - Propuesta de Trabajos de Fin de Grado – Física Curso 2019 - 2020

Tutor académico: Víctor Raposo Funcia; Eduardo Martínez Vecino

Título en español: Análisis numérico de problemas electromagnéticos

Título en inglés: Numerical modeling of electromagnetic problems

Descripción (>500 caracteres):

En el ámbito del Electromagnetismo, al igual que en muchas otras ramas de la Física, las situaciones o problemas que pueden describirse desde un punto de vista analítico es limitado. El problema fundamental de la Electróstática es calcular el campo eléctrico generado por una distribución de carga en reposo. En Magnetostática, la cuestión es obtener el campo magnético de una distribución de corrientes estacionarias. En ambos contextos, los problemas con solución analítica se limitan a casos de geometrías sencillas como esferas, cilindros, planos, líneas rectas o circunferencias. La resolución de estos problemas suele abordarse haciendo uso de las leyes de Coulomb y Biot-Savart que, junto con el principio de superposición, permiten calcular los campos, o al menos deducir su dirección y su dependencia, para después usar de las leyes de Gauss ó de Ampere [1].

Aunque las herramientas que se utilizarán en este trabajo son aplicables a muchas otras ramas de la Física, aquí abordaremos algunos problemas electromagnéticos desde un punto de vista numérico. Se resolverán las ecuaciones de Poisson y Laplace para los potenciales escalar y vector junto con las correspondientes condiciones de frontera. Se usará el método de los elementos finitos del que ya dispone MathematicaTM [2]. Por tanto, el énfasis del trabajo se centrará en describir la solución de algunos problemas y en analizar el rango de validez de posibles soluciones analíticas o aproximadas.

Área de conocimiento preferente: Electromagnetismo.

Áreas afines: Física del Estado Sólido. Electrónica.

Asignaturas del grado relacionadas: Electromagnetismo I y II. Laboratorio de Electromagnetismo.

Tipo del trabajo: a) Trabajo exploratorio de uno o varios problemas teóricos o experimentales relacionados con las materias estudiadas en el Grado en Física.


Citas bibliográficas:

[1] “Introduction to Electrodynamics”. D. J. Griffiths; Ed. Pearson (2014).[2] https://www.wolfram.com/mathematica/

https://www.wolfram.com/mathematica/

5 - Propuesta de Trabajo de Fin de Grado – Física – curso 2019 - 2020

Tutor académico: Eduardo Martínez Vecino. Víctor Raposo Funcia.

Título en español: Dinámica de la magnetización en nano-muestras ferrimagnéticas

Título en inglés: Static and dynamics properties of magnetic skyrmions

Descripción (>500 caracteres):

El estudio de la dinámica de la magnetización en muestras con dimensiones en la escala de varias decenas de nanómetros es interés teórico [1], y también desde el punto de vista del diseño de nuevos dispositivos, con funcionalidades que van desde las memorias magnéticas, los sensores, la generación de osciladores o incluso el diseño de nuevos dispositivos que tratan de emular el comportamiento del cerebro humano y las neuronas.

El primero objetivo general del trabajo consiste en introducir al alumno en el formalismo micromagnético que describe las propiedades estáticas y dinámicas de la magnetización a escalan sub-nanométrica [2]. Una vez adquirida familiaridad con los fundamentos teóricos aprenderá a utilizar un software micromagnético [3] que permite estudiar una gran variedad de fenómenos relacionados con la dinámica de la magnetización a escala nanométrica a partir de varios ejemplos. En primera instancia nos ocuparemos de sistemas formados una delgada capa ferromagnética (FM) sobre un metal duro (HM, Heavy Metal). Se estudiarán los procesos de inversión del sentido inicial de la magnetización (switching) bajo la acción de pulsos de corriente y campos magnéticos.

Posteriormente aplicaremos lo aprendido para caracterizar las propiedades estáticas de ferrimagnéticos (FiM). Estudiaremos la dinámica de paredes de dominio y los procesos de switching en los mencionados sistemas (HM/FiM) mediante inyección de corriente eléctrica. El objetivo último del TFG es estudiar las condiciones que permitirán utilizar ferrimagnéticos para almacenar y manipular información.

Área de conocimiento preferente: Electromagnetismo.

Áreas afines: Física del Estado Sólido. Electrónica.

Asignaturas del grado relacionadas: Electromagnetismo I y II.

Tipo del trabajo: a) Trabajo exploratorio de uno o varios problemas teóricos o experimentales relacionados con las materias estudiadas en el Grado en Física.


Citas bibliográficas:

[1] A. Fert and V. Cros. Nature Nanotechnology, 8, 152–156 (2013).[2] S. Woo et al. Nature Materials volume 15, 501–506 (2016).[3] http://mumax.github.io/

http://mumax.github.io/

*DEPARTAMENTO DE Física Aplicada


GRADO EN Física

CURSO 2019/2020

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6 -Título: “Introducción al micromagnetismo: teoría y aplicaciones”

Title: “An introduction to micromagnetism: theory and applications”

Tutor: Luis Torres Rincón

Descripción del trabajo:

El objetivo del trabajo es familiarizar al alumno con el modelado de nanoestructuras compuestas por materiales magnéticos y realizar simulaciones de sistemas de interés tecnológico.

Partiendo de los conocimientos de electromagnetismo del alumno se le introducirá en los fundamentos de la teoría del micromagnetismo computacional, para lo que se le proporcionará la bibliografía adecuada [1] además de tutorías personalizadas. El alumno deberá llegar a comprender las distintas contribuciones a la energía libre de un sistema magnético de dimensiones nanométricas, incluyendo energía de intercambio, magnetostática, anisotropía, campo externo etc. así como la ecuación que rige la dinámica de dicho sistema. La descripción de dicha dinámica sólo se puede llevar a cabo de una forma detallada mediante simulaciones micromagnéticas. El alumno deberá también entender, de forma somera, la discretización de las ecuaciones del micromagnetismo y su implementación numérica en un código computacional.

En los últimos años, la utilización de tarjetas gráficas especializadas para computación intensiva (Graphic Processing Units, GPUs) ha supuesto un gran avance en las simulaciones micromagnéticas que se realizan ya de forma estándar, utilizando software paralelizado con la arquitectura adecuada (Compute Unified Device Architecture, CUDA). El alumno será introducido en el uso de los servidores para cálculo en paralelo del grupo de simulación de nanoestructuras magnéticas de la Universidad de Salamanca (SINAMAG), para que pueda llegar a dominar el programa mumax3, de simulaciones micromagnéticas en paralelo a nivel de usuario. El alumno se familiarizará con el uso de servidores virtuales de ventanas (VNC), programas de transferencia de ficheros, software gráfico científico y lenguajes útiles para el post-procesado de resultados (Go, python). Todos estos conocimientos son de utilidad en una gran variedad de campos tanto en la docencia y la investigación como en la empresa.



*DEPARTAMENTO DE Física Aplicada


GRADO EN Física

CURSO 2019/2020

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Se realizarán finalmente simulaciones de alguno de los siguientes sistemas de interés tecnológico: Memorias magnéticas de acceso aleatorio (MRAM), válvulas de spin, nano-osciladores, sensores de magneto-resistencia gigante para biotecnología, sensores de magneto-resistencia por efecto túnel, interacción de ondas de spin con paredes de dominio.

El micromagnetismo es utilizado habitualmente para el estudio de todo tipo de nanoestruturas magnéticas, en los campos de la electrónica, la magnónica y la espintrónica [2], siendo de utilidad tanto para la comprensión de los procesos físicos que tienen lugar como para el diseño de los dispositivos tecnológicos finales.

[1] G. Bertotti “Hysteresis in Magnetism. For physicists, materials scientists and engineers” Academic Press(1998)

[2] S. C. Baek et al. “Spin currents and spin–orbit torques in ferromagnetic trilayers” Nat. Mat. 17, 509–513 (2018)

Areas: Electromagnetismo, Electrónica

Asignaturas del grado relacionadas: Electromagnetismo I y II, Electrodinámica clásica.

Tipo: 1

Modalidad: General (máximo 1 alumno)



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GRADO EN FÍSICA

CURSO 2018/2019

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7 - Tutores: Javier Mateos López y Ignacio Íñiguez de la Torre

Título: Caracterización electrónica de nanodispositivos semiconductores

Title: Electronic characterization of semiconductor nanodevices


El interés por fabricar dispositivos que trabajen a muy alta frecuencia, que ocupen un mínimo espacio y posean un bajo consumo ha llevado a la miniaturización de los dispositivos semiconductores hasta dimensiones nanométricas, lo que ha abierto nuevas posibilidades y aplicaciones de los mismos.

El objetivo del proyecto es estudiar el comportamiento de nanodispositivos semiconductores de dos y tres terminales (Self-Switching-Diodes y estructuras afines y transistores HEMTs). Para ello se realizarán medidas en condiciones de polarización DC continua, medidas pulsadas, AC, etc. de los dispositivos discretos que podrán encontrarse directamente en oblea o encapsulados. Fundamentalmente se obtendrán las curvas I-V, impedancias de entrada y salida, respuesta temporal y en frecuencia. Para ello se utilizará el equipamiento que se posee en el Laboratorio de RF del edifico de I+D+i de la Universidad de Salamanca. Estas medidas serán analizadas para, detectar posibles fallos de la tecnología y optimizar el comportamiento de los dispositivos.

Área de conocimiento en que se enmarca: Electrónica

• Tipo: Trabajos experimentales

• Modalidad:• Específico X

• General Nº de alumnos:

1




GRADO EN FÍSICA

CURSO 2019/2020

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8 - Tutor: Raúl Rengel Estévez, Ignacio Íñiguez de la Torre Mulas

Título: Circuitos equivalentes de pequeña señal para dispositivos operando en el rango de microondas

Title: Small-signal equivalent circuits for devices operating in the microwave range


En este trabajo de fin de grado se propone el estudio de la respuesta a altas frecuencias (en el rango de GHz) de dispositivos electrónicos avanzados mediante la definición y obtención de circuitos equivalentes de pequeña señal, y su uso en simuladores de licencia abierta (QUCS) o comerciales (Multisim) a partir de datos experimentales o modelos teóricos. El trabajo podrá centrarse en dispositivos de dos o tres terminales, así como en materiales III-V o grafeno, y podrá combinar la realización de medidas con simulaciones.

Área de conocimiento preferente: Electrónica

Asignaturas del grado con las que está relacionado: Electrónica física

Tipo: Teórico-experimental


Referencias:

M. A. Andersson et al., Electronics Letters vol. 48, 861-863, 2012

A. Westlung et al., Solid-State Electronics vol. 104, p. 79-85, 2015



9 - Propuesta de Trabajo Fin de Grado para el Grado en Física

- Tutores académicos:

Tomás González Sánchez, Javier Mateos López

- Título:

Influencia del tamaño en la relación señal-ruido de dispositivos electrónicos balísticos

Influence of size on the signal-to-noise ratio in ballistic electronic devices

- Descripción:

La miniaturización de los dispositivos electrónicos ha alcanzado dimensiones tan

pequeñas que en la región activa de un transistor el número de electrones o huecos que

contribuyen a la corriente es muy pequeño. En tales condiciones, las fluctuaciones

presentes en la corriente, al ser debida sólo a unos pocos portadores, son muy elevadas y

hacen que la relación señal/ruido se degrade hasta provocar errores en el funcionamiento

de los dispositivos o impedir que éstos alcancen frecuencias de funcionamiento elevadas.

El objetivo de este trabajo es analizar este problema desde un punto de vista semi-clásico,

mediante simulaciones Monte Carlo de estructuras balísticas conectadas a reservorios de

portadores térmicos.

El trabajo permitirá al estudiante aplicar conocimientos de electrónica, física estadística

y física computacional, y familiarizarse con conceptos tales como ruido, fluctuaciones,

transporte balístico, frecuencia de corte, etc. Se necesitarán conocimientos de

programación en FORTRAN.

- Área de conocimiento preferente: Electrónica

- Área de conocimiento afín: Electromagnetismo

- Asignaturas del grado relacionadas:

Electrónica, Física Computacional, Física Estadística

- Tipo del trabajo: Revisión e investigación bibliográfica + cálculo numérico

- Modalidad: Específico



GRADO EN FÍSICA

CURSO 2019/2020

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10 - Título: Espectroscopía en el dominio del tiempo en el rango de THzTutores: Yahya Moubarak Meziani y Jesús Enrique Velázquez Pérez, Area de Electrónica, Dpto. de Física Aplicada


El espectro electromagnético comprendido entre 0.1 y 10THz es conocido como rango de THz. La investigación en THz es uno de los temas de investigación más activos en Física aplicada por sus numerosas aplicaciones en comunicaciones con anchos de banda superiores a 100GBit/s, espectroscopía, imagen, inspección de objetos ocultos, etc. La espectroscopía de THz es una técnica nueva que permite identificar substancias químicas con signaturas propias en el rango de THz (por ejemplo, distinción entre isómeros, principios farmacéuticos activos, …) y estudiar la dinámica ultrarrápida de electrones en semiconductores.

En este trabajo se propone el estudio de diferentes materiales semiconductores usando el sistema de espectroscopía desarrollado por el grupo de investigación en THz de la USAL. La naturaleza del trabajo es esencialmente experimental y el estudiante trabajará directamente con el sistema y participará en la puesta en marcha de un nuevo subsistema de purgado para incrementar la sensibilidad. A partir de medidas de transmisión en el rango 0.2-2THz se realizarán medidas que permitan extraer parámetros claves del material como la conductividad, la constante dieléctrica y el índice de refracción. Se estudiarán materiales semiconductores básicos (GaAs y Si) y bidimensionales como grafeno mono- y bi-capa fabricado en la Sala Limpia de Nanotecnología de la USAL y de otros fabricantes..

El trabajo experimental se realizará en el Laboratorio de Terahercios de la USAL (Edificio de I+D+i).

Referencias:

1. W. Withayachumnankul, and M. Naftaly, Fundamentals of Measurement in Terahertz Time-Domain Spectroscopy,Journal of Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves, Volume 35, Issue 8, pp 610–637, 2014

2. C. Sirtori, Applied physics: Bridge for the terahertz gap, Nature 417, 132-133 (2002)3. V Clericò, J A Delgado Notario, N Campos, D Gómez, E Diez, J E Velazquez, and Y M Meziani, Terahertz

spectroscopy of a multilayers flake of grapheme, Journal of Physics: Conference Series 647 (2015) 012040

Areas de conocimiento preferente / afín. Electrónica. Óptica.

Tipo: Trabajo experimental

Modalidad:

• Específico•

• General Nº de alumnos: 1





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CURSO 2019/2020

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11 - Título: Electrónica no lineal: lazos de atrapamiento de faseTutores: Jesús Enrique Velázquez Pérez y Yahya Moubarak Meziani y, Area de Electrónica, Dpto. de Física Aplicada


El concepto de lazo de atrapamiento de fase (PLL, phase locked loop) es relativamente antiguo (la primera referencia al sistema como tal es de 1932 dentro del desarrollo del receptor homodino). Sin embargo, hasta su integración en un chip de silicio su interés y aplicabilidad eran limitados.

El funcionamiento de un PLL es no lineal y en el Grado solamente se estudian soluciones del problema linealizado. En este TFG pretendemos realizar un estudio basado en SPICE usando Multisim de National Instruments de un PLL comercial, inicialmente del 560B [1]. Se explorará el funcionamiento de gran señal del PLL, [2], y su comportamiento en ac y ruido [3-4]. Finalmente se caracterizará experimentalmente un PLL comercial.

Referencias:

1. [1] P. R. Grayand R.G. Meyer, “Analysis and design of analog integrated circuits”, 2nd edition, New York;Chichester, Wiley, 1984.

2. [2] Hsieh, G.-C., Hung, J.C. “Phase-locked loop techniques - A survey”, IEEE Transactions on Industrial Electronics,43 (6), pp. 609-615, 1996. DOI 10.1109/41.544547

3. [3] Mehrotra, A., “Noise analysis of phase-locked loops”, IEEE Transactions on Circuits and Systems I: FundamentalTheory and Applications, 49 (9), pp. 1309-1316, 2002. DOI: 10.1109/TCSI.2002.802347

4. [4] Kroupa, V.F., Noise Properties of PLL Systems, IEEE Transactions on Communications, 30 (10), pp. 2244-2252,1982. DOI: 10.1109/TCOM.1982.1095404

Areas de conocimiento preferente / afín. Electrónica. Electromagnetismo.

Tipo: Trabajo teórico (simulación) y experimental.

Modalidad:

• Específico•

• General Nº de alumnos: 1



12 - Propuesta de Trabajo Fin de Grado. Grado en Física

Título: Optimización multiobjetivo de una planta híbrida de generación de energía mediante disco parabólico (Multiobjective optimization of a hybrid parabolic dish solar power plant) Tutores: María Jesús Santos Sánchez y Antonio González Sánchez Modalidad: individual Área de conocimiento en la que se encuadra el trabajo: Física Aplicada. Tipo: Trabajo teórico-experimental. Asignaturas del Grado relacionadas con la propuesta: Termodinámica I y II, Física de Convertidores Energéticos, Física Computacional Descripción del trabajo: Las plantas híbridas de producción de energía son aquéllas que emplean más de un tipo de fuente de energía. En este trabajo nos centraremos en plantas que combinan la energía solar térmica con la combustión de combustibles renovables, utilizando discos parabólicos para recolectar la energía solar. El objetivo es estudiar una planta que pueda generar electricidad de forma distribuida, es decir, generar una cantidad pequeña de energía para un emplazamiento que no se encuentra integrado en una red de suministro eléctrico, como una granja. El análisis de optimización se llevará a cabo no sólo desde un punto de vista termodinámico, buscando el mejor rendimiento para la planta, sino también desde un punto de vista económico, de forma que se pueda generar electricidad de la forma más barata posible. Bibliografía: D. Olivenza-León, A. Medina y A. Calvo Hernández. Thermodynamic modeling of a hybrid solar gas-turbine power plant. Energy Conversion and Management 93 (2015) 435–447. M.J. Santos, R.P. Merchán, A. Medina y A. Calvo Hernández. Seasonal thermodynamic prediction of the performance of a hybrid solar gas-turbine power plant. Energy Conversion and Management 115 (2016) 89–102.R.P. Merchán, M.J. Santos, I. Reyes-Ramírez, A. Medina y A. Calvo Hernández. Modeling hybrid solar gas-turbine power plants: Thermodynamic projection of annual performance and emissions. Energy Conversion and Management 134 (2017) 314–326.


Título: Estudio de la coexistencia de fase líquido-vapor en un fluido de pozo triangular (Liquid-vapor coexistence in the triangular-well fluid) Tutor: Antonio González Sánchez Modalidad: individual Área de conocimiento en la que se encuadra el trabajo: Física Aplicada. Tipo: Trabajo teórico-experimental. Asignaturas del Grado relacionadas con la propuesta: Física Estadística, Física Estadística Avanzada, Física Computacional Descripción del trabajo: El modelo de pozo triangular es un modelo de fluido con un potencial de interacción que es matemáticamente muy simple. Esto lo hace muy adecuado para estudiarse de forma numérica. Además, este fluido presenta tres fases diferentes: sólido, líquido y vapor. En este TFG se va a estudiar mediante una simulación las curvas de coexistencia líquido-vapor de este fluido, para varios valores de la anchura del pozo. El método de simulación elegido será el Gibbs Ensemble Monte Carlo, que es una forma muy potente de estudiar la coexistencia entre dos fases de un mismo sistema. El estudiante deberá construir el programa de simulación y ponerlo a punto comparando sus resultados con los ya conocidos de la literatura. Bibliografía: R. K. Pathria y Paul D. Beale, Statistical Mechanics, Butterworth-Heinemann, Oxford, 3rd ed. (2011). David P. Landau y Kurt Binder, A Guide to Monte Carlo Simulations in Statistical Physics, Oxford UP, Oxford (2003).


Título: Estudio de la interfase en un modelo de Ising tridimensional (Study of the 3D Ising model interface) Tutor: Antonio González Sánchez Modalidad: individual Área de conocimiento en la que se encuadra el trabajo: Física Aplicada. Tipo: Trabajo teórico-experimental. Asignaturas del Grado relacionadas con la propuesta: Física Estadística, Física Estadística Avanzada, Física Computacional Descripción del trabajo: El modelo de Ising es un modelo muy estudiado en Física Estadística. El objetivo de este trabajo es estudiar, mediante simulación Monte Carlo, las propiedades de la interfase que separa las dos fases en un modelo de Ising tridimensional, con especial énfasis en cómo influyen las condiciones de la simulación: condiciones de contorno, tamaño, etc. El método es elaborar una simulación Monte Carlo de un Ising tridimensional y emplearla para realizar simulaciones con distintas condiciones, midiendo perfiles transversales, anchura de lainterfase, etc. Bibliografía: R. K. Pathria y Paul D. Beale, Statistical Mechanics, Butterworth-Heinemann, Oxford, 3rd ed. (2011). David P. Landau y Kurt Binder, A Guide to Monte Carlo Simulations in Statistical Physics, Oxford UP, Oxford (2003).

15 - Propuesta de TFG, Grado en Física. Curso 2019-20

Título: Plantas termosolares de torre central: almacenamiento térmico o hibridación Central tower thermosolar plants: thermal storage or hybridization

Tutor: Alejandro Medina Domínguez, Departamento de Física Aplicada Co-tutor: Rosa Pilar Merchán Corral, Departamento de Física Aplicada

Tipo (trabajo experimental, trabajo teórico, trabajos de revisión e investigación bibliográfica): trabajo teórico Modalidad (individual, compartido) : individual Asignaturas del grado directamente relacionadas con la propuesta: Termodinámica I, Termodinámica II, Métodos Numéricos, Física de Convertidores Energéticos

Descripción: Una de las ventajas fundamentales de las centrales termosolares de concentración frente a otras opciones renovables para la generación de energía eléctrica es la posibilidad de proporcionar una potencia eléctrica aproximadamente constante, independiente de las condiciones estacionales, meteorológicas o incluso durante la noche. Para ello hay al menos dos opciones: el almacenamiento térmico y la hibridación. Con el almacenamiento térmico se incluye en el diseño de la planta algún material con buenas propiedades térmicas, de modo que en periodos de alta irradiancia solar recibe energía en forma de calor, mantiene esta energía con pocas pérdidas y se puede extraer cuando es necesario. La inclusión en el diseño y operación de la planta de sistemas de almacenamiento térmico da lugar a problemas muy interesantes desde el punto de vista termodinámico como el análisis de transitorios y también desde el punto de vista termoeconómico en la estimación del dimensionamiento y de los costes de inversión. Por otro lado, una opción alternativa o complementaria es la hibridación. En este caso se incluye en el diseño una cámara de combustión que proporciona la energía térmica necesaria para que la temperatura alta del ciclo se mantenga aproximadamente constante, y con ello la potencia de salida de la planta. En este trabajo se pretende hacer un análisis comparativo de ambas opciones en el caso de una planta trabajando con un ciclo tipo Brayton y de tamaño intermedio, en el intervalo 1-5 MW. Para ello se utilizarán elementos teóricos de Termodinámica y programas de simulación de plantas de generación renovable.

[1] Mahmood, et al., Thermal energy storage for CSP hybrid gas turbine systems:Dynamic modelling and experimental validation, Appl. Ener., 212, 1240-1251 (2018)[2] Rea, J.E. et al., Performance modeling and techno-economic analysis of a modularconcentrated solar power tower with latent heat storage, Appl. Ener., 217, 143—152(2018).[3] Rovense, F. et al., Flexible electricity dispatch for CSP plant using un-fired closed airBrayton cycle with particles based thermal energy storage system, Energy, 173, 971-984 (2019).

16 - Propuesta de TFG, Grado en Física. Curso 2019-20

Título: Análisis de la vulnerabilidad estructural de redes eléctricas Robustness analysis of power grids.

Tutor: José Miguel Mateos Roco, Departamento de Física Aplicada Co-tutor: Ángel Martín del Rey, Departamento de Matemática Aplicada

Tipo (trabajo experimental, trabajo teórico, trabajos de revisión e investigación bibliográfica): trabajo teórico Modalidad (individual, compartido) : individual Asignaturas del grado directamente relacionadas con la propuesta: Física Estadística

Descripción: El objetivo de este Trabajo Fin de Grado es realizar un estudio detallado del análisis de redes complejas, centrando la atención en el estudio de la vulnerabilidad de las mismas. Se calculan las características topológicas de las redes y se estudia su tolerancia ante ataques, a través de su comportamiento cuando se eliminan nodos de las mismas. Los resultados se aplican para el análisis de la vulnerabilidad de una red eléctrica con una estructura simple. Se estudiará la capacidad de la red eléctrica para mantener su funcionalidad así como su adaptabilidad para recuperar un comportamiento próximo al de su estado original.

[1] Watts D.J., Strogatz S.H., Collective dynamics of ‘small-world’ networks, Nature 393(1998) 440-442.[2] Barabási A., Albert R. Emergence of scaling in random networks, Science 286 (1999)509-512.[3] Karla Atkins, Jiangzhuo Chen, V. S. Anil Kumar, Achla Marathe, Int. J CriticalInfraestructures 5, No 3 265-284 (2009).[4] Áke J. Holmgren, Risk Analysis 26, No 4 955-969 (2006).

FACULTAD DE CIENCIAS

GRADO EN: FÍSICAS

17- PROPUESTA DE TEMA PARA REALIZAR EL TFG

Título (Castellano:) Predicción del diagrama temperatura-entropía para la curva de saturación líquido-vapor de alcanos

Título (Inglés:) Prediction of the liquid-vapor temperature-entropy diagram for alkanes

Datos del tutor/a • Nombre y Apellidos: Santiago Velasco Maíllo y Juan Antonio White Sánchez• Departamento: Física Aplicada

Área de conocimiento preferente en el que se encuadra el trabajo: Física Aplicada

Tipo (trabajo experimental, trabajo teórico, trabajos de revisión e investigación bibliográfica): trabajo teórico Modalidad (individual, compartido) : individual Asignaturas del grado directamente relacionadas con la propuesta: Termodinámica I y Termodinámica II Citas bibliográficas (al menos 2 citas):

Garrido, J. M.; Quinteros-Lama, H.; Mejía, A.; Wisniak, J. & Segura, H. A rigorous approach for predicting the slope and curvature of the temperature–entropy saturation boundary of pure fluids Energy, 2012, 45, 888 - 899

Groniewsky, A.; Györke, G. & Imre, A. R. Description of wet-to-dry transition in model ORC working fluids Applied Thermal Engineering, 2017, 125, 963 – 971

Descripción (al menos 500 caracteres):

En este trabajo Fin de Grado se propone un método semiempírico para la obtención de la curva de saturación líquido-vapor en un diagrama temperatura-entropía para la familia de los alcanos. El método se basará en el empleo de una ley de diámetros rectilíneos modificada para las entropías del líquido y del vapor saturados y de una ecuación de estados correspondientes extendida para la entropía de vaporización del fluido considerado. Los resultados se compararán con los obtenidos a partir de la base de datos del NIST (National Institute of Standards and Technology).

18 - Oscilaciones de neutrinosNeutrino Oscillation

Tutor: Teresa Fernández CaramésÁrea de conocimiento: Física Atómica, Molecular y NuclearAsignaturas relacionadas: Física Nuclear y de Partículas, Física de Partículas

En los años 60 se detectó un déficit en el flujo de neutrinos solares con respecto a las predicciones del modelo estándar de la física de partículas, lo que se conoció como el problema de los neutrinos solares, que no fue confirmada hasta 2001. Para explicarlo, se sugirió que los neutrinos intervienen en procesos débiles como autoestados de sabor, mientras que se propagan como autoestados de masa.

En este trabajo se estudiará la teoría de las oscilaciones de neutrinos, así como la fenomenología asociada.

http://pdg.lbl.gov/2017/reviews/rpp2017-rev-neutrino-mixing.pdf https://arxiv.org/pdf/1802.05781.pdf

http://pdg.lbl.gov/2017/reviews/rpp2017-rev-neutrino-mixing.pdf

https://arxiv.org/pdf/1802.05781.pdf

19 - Departamento de Física Fundamental

PROPUESTA DE TRABAJO DE FIN DE GRADO

GRADO EN Física

Curso 2019/2020

Tutor: Ángeles Pérez García

Área preferente: Física Teórica

Área afín: Física atómica molecular y nuclear

Titulo

Introducción a las funciones de Green en sistemas fermiónicos cuánticos relativistas

Intro to Green functions in the quantum relativistic fermion system.


El formalismo de funciones de Green permite tener en cuenta los efectos de propagación para una partícula real o virtual que se desplace entre dos puntos en un tiempo dado, o que se mueva con cierta energía y momento. El caso de un sistema de fermiones en interacción es interesante y puede calcularse de forma perturbativa. En este trabajo se aplicará el método a un modelo simple, una teoría con mediadores escalares en materia cuántica relativista. Se recomienda contactar con la profesora tutora antes para ver más detalles.

Bibliografía

S. A. Chin, Annals of Physics 108 (1977) 301.

F. Mandl, Quantum Mechanics, Wiley (2013)

Tipo: 4

Modalidad: específico

20 - Departamento de Física Fundamental

PROPUESTA DE TRABAJO DE FIN DE GRADO

GRADO EN Física

Curso 2019/2020

Tutor: Pilar García Estévez

Cotutor: Paz Albares Vicente

Área preferente: Física Teórica

Área afín: Física atómica molecular y nuclear

Titulo

Comparación de simetrías de Lie para problemas lineales asociados a ecuaciones diferenciales no lineales relacionadas por transformaciones reciprocas

Lie symmetries for spectral problems of nonlinear partial differential equations related through reciprocal transformations.


El mejor y más aceptado indicador de la integrabilidad de una ecuación diferencial no lineal es la existencia de un problema linear asociado (Par de Lax). La dificultad estriba en la identificación de dicho par de Lax. El método de la variedad singular, basado en la Propiedad de Painlevé, constituye un instrumento eficaz y algorítmico para la obtención del par de Lax pero tiene el inconveniente de que no es invariante bajo transformaciones de coordenadas.

Un caso típico es el de la celebrada ecuaciónn de Camassa Holm (CH) en el que el test de Painlevé no es aplicable. No obstante se puede demostrar que existe una transformación recíproca (que intercambia los papeles de variables dependientes e independientes) que transforma la ecuación de Camassa-Holm en la ecuación de CBS (Calogero-Bogoyavlenskii-Schiff) . Esta última pasa el test de Painlevé y su par de Lax puede obtenerse mediante el método de la variedad singular. Deshaciendo la transformación recíproca podemos obtener el par de Lax de CH.

Nuestro propósito en este trabajo es determinar las simetrías de Lie de los problemas espectrales asociados a CH y CBS. Ello requiere ampliar el concepto de simetría de Lie puntual incorporando el parámetro espectral como una variable independiente más. La comparación de ambos conjuntos de simetrías es el objetivo final de este trabajo

Bibliografía

[1] Antonowitz M and Fordy A 1988 J. Phys A: Math. Gen. 21 L269–L275 [2] Ablowitz M J and Clarkson P A 1992 Solitons, Non-Linear Evolution Equations and Inverse Scattering (Cambridge: Cambridge University Press)[3] Bogoyavlenskii O I 1990 Russ. Math. Surveys 45 1–86 [4] Camassa R and Holm D D 1993 Phys. Rev. Lett. 71 1661–4 [5] Camassa R, Holm D D and Hyman J M 1994 Adv. Appl. Mech. 31 1–33

[6] Clarkson P A, Gordoa P R and Pickering A 1997 Inverse Problems 13 1463–76 [7] Calogero F 1975 Lett. Nuovo Cimento 14 443–7 [8] Degasperis A, Holm D D and Hone A N W 2002 Theor. Math. Phys. 133 1463–74 [9] Estévez P G and Hernaez G A 2000 J. Phys. A. Math. Gen. 33 2131–43 [10] Estévez P G and Prada J 2004 J. Nonlinear Math. Phys. 11 164–79 [11] Fokas A S and Fuchssteiner B 1981 Physica D 4 47–66 [12] Gilson C R and Pickering A 1995 J. Phys. A. Math. Gen. 28 7487–94 [13] Holm D D and Qiao Z 2002 Preprint nlin.SI/0202009 [14] Hone A N W 2000 Appl. Math. Lett. 13 37–42 [15] Hone A N W and Ping J P 2003 Inverse Problems 19 129–45 [16] Kruskal M D 1975 Dynamical Systems: Theory and Applications (Lecture Notes in Physics vol 38) ed J Moser(Berlin: Springer) pp 310–54 [17] Kudryashov N and Pickering A 1998 J. Phys A: Math. Gen. 31 9505–18 [18] Martinez-Alonso L 1980 J. Math. Phys. 21 2342–7 [19] Weiss J 1983 J. Math. Phys. 24 1405–13

Tipo: 4

Modalidad: específico

21 - Title (Título): Identification of two-dimensional crystals by quantitative optical

microscopy and Raman spectroscopy (Identificación de cristales bidimensionales mediante

microscopía óptica cuantitativa y espectroscopía Raman)

Profesores Responsables: Jorge Quereda y Enrique Diez.

Descripción: The recent discovery of two-dimensional (2D) crystals (graphene, hexagonal boron nitride,

MoS2 etc.) has supposed a revolution for the field of nanotechnology. Due to the of quantum confinement

of charge carriers, these materials present extremely exotic electronic and optical properties, including

ballistic transport, quantum conductance or superconductivity, to name few. The most widely used method

for fabricating 2D crystals is the so-called micromechanical cleavage. This technique consists in repeatedly

exfoliating a layered bulk crystal using adhesive and viscoelastic tapes, and subsequently transferring the

resulting material on top of a substrate. The result are samples containing a dispersion of crystals with

different thicknesses, including a small percentage of monolayer crystals. Thus, it is necessary to develop

a method for later identifying these crystals.

In this TFG, the student will fabricate 2D crystals by micromechanical cleavage and develop a technique

for identifying these crystals by quantitative optical microscopy. They will use the transfer matrix

method to calculate their expected optical reflectance for the crystals as a function of their number

of atomic layers and use it to detect monolayer crystals. Finally, they will further confirm the

number of layers of the studied crystals by characterizing their flake thickness-dependent Raman

spectra.

Referencias:

Blake, P., Hill, E. W., Castro Neto, A. H., Novoselov, K. S., Jiang, D., Yang, R., ... & Geim, A. K. (2007). Making graphene visible. Applied physics letters, 91(6), 063124.

Gorbachev, R. V., Riaz, I., Nair, R. R., Jalil, R., Britnell, L., Belle, B. D., ... & Geim, A. K. (2011). Hunting for monolayer boron nitride: optical and Raman signatures. Small, 7(4), 465-468.

Areas de conocimiento preferente en el que se encuadra el trabajo: Física teórica y física aplicada

Modalidad: Individual

Asignaturas del grado directamente relacionadas con la propuesta: Mecánica Cuántica, Física del estado sólido

Figure: (Left) Optical microscopy image of an atomically thin MoS2 crystals with regions of different thickness, from monolayer to seven layers. (Right) False color map showing the thickness-dependent amplitude of the A1g Raman mode of MoS2.

22 - PROPUESTA DE TEMA PARA REALIZAR EL TFG Título (Castellano:) Evolución de los niveles de conducción en puntas de contacto cuánticas en heteroestructuras de grafeno bajo campos magnéticos externos.

Título (Inglés:) Magnetic-field-dependence in the conductance levels in encapsulated-graphene-based quantum point contacts.

Directores: Vito Clericò y Mario Amado

Departamento: Física Fundamental Área de conocimiento preferente en el que se encuadra el trabajo: Física teórica y física aplicada Tipo: Experimental Modalidad: Individual Asignaturas del grado directamente relacionadas con la propuesta: Mecánica Cuántica, Física del estado sólido, electrónica física

Citas bibliográficas Quantum nanoconstrictions fabricated by cryo-etching in encapsulated graphene, V. Clericò et al. arXiv:1902.07459 Electrostatic induced quantum point contacts in bilayer graphene , H. Overweg, et al. NanoLetters 18 553 (2018)

Descripción (al menos 500 caracteres): El cometido de este trabajo será la fabricación experimental de puntas de contacto cuánticas y la medida de la evolución de los niveles de conducción bajo el efecto de campos magnéticos externos a temperaturas criogénicas. Para ello se realizará una inmersión al trabajo en sala blanca donde se realizarán heteroestructuras basadas en materiales bidimensionales, grafeno y nitruro de boro hexagonal (h-BN). Estos materiales se exfoliarán mecánicamente y serán depositados en estratos sucesivos por medio de manipuladores mecánicos. Con la estructura finalizada se procederá a grabar la misma dándole forma de punta de contacto cuántica y se estudiará la evolución de los niveles de conducción bajo el efecto de campos magnéticos en el plano y al introducir componente en la dirección de la corriente. Esta técnica nos permitirá obtener información valiosa de constantes de transporte de la capa de grafeno tales como la movilidad, densidad y factor de Landé giromagnético.

El/la estudiante se familiarizará con el proceso de exfoliación mecánica de los materiales bidimensionales así como con la transferencia mecánica por medio de un microposicionador manual. Este proceso se realizará en una sala blanca de clase 1000 situada en el edificio del I+D+i. Para la definición de las puntas de contacto así como para depositar diversos contactos metálicos (típicamente Cr/Au) se necesitarán realizar diversos pasos de litografía por haz de electrones. El/la estudiante realizará medidas de magnetotransporte a baja temperatura (>50mK) y altos campos magnéticos (<12 T) en el laboratorio de bajas temperaturas situado en la facultad de Física con el fin de medir la conductancia del grafeno encapsulado con hBN y su evolución el con campo magnético.

a Imagen óptica de un dispositivo típico de grafeno encapsulado entre h-HB con forma de punta de contacto cuántica. b Conducción versus puerta electrostática de la estructura sin campo magnético aplicado obtenida a 50mK

1 µm

b

−15 −10 −5 0 5 10 150

5

10

15

20

25

30

G (e

2 /h)

∆Vg (V)

a

23 - Título: Sistema de dos partículas cargadas que interaccionan en el plano bajo un campo magnético constante perpendicular. Title: System of two charged particles interacting in the plane under a constant orthogonal magnetic field.

Tutor: Marina de la Torre Mayado Modalidad: Específico

Tipo de trabajo: Trabajo exploratorio de uno o varios problemas teóricos o experimentales relacionados con las materias estudiadas en el Grado en Física.

Descripción del trabajo: En este trabajo fin de grado se plantea el estudio del sistema formado por dos partículas cargadas moviéndose en un plano en presencia de un campo magnético constante perpendicular al mismo, desde los puntos de vista clásico y cuántico. Este sistema representa una mezcla entre dos problemas físicos bien conocidos, por un lado el movimiento de una partícula cargada en un campo magnético uniforme, y, por otro, la interacción de dos partículas cargadas en ausencia de campo magnético. El problema resultante es más complejo, y por ello, mucho más rico en su comportamiento dinámico. Tras el planteamiento general, el trabajo se centrará en dos situaciones significativas: a) El caso de dos partículas de masas y cargas iguales, por ejemplo dos electrones; y b) El caso de dos partículas de igual masa y cargas opuestas, es decir, un sistema eléctricamente neutro como por ejemplo el formado por un par electrón-positrón. Se abordará en primer lugar el problema clásico, y a continuación, el correspondiente problema cuántico asociado. Finalmente, se analizará la relación de estos sistemas con problemas físicos reales como el efecto Hall cuántico.

Área de conocimiento preferente: Física Teórica.

Asignaturas de grado relacionadas: Mecánica Teórica, Mecánica Cuántica.

Bibliografía: • Michael Tabor, Chaos and Integrability in Nonlinear Dynamics. AnIntroduction, John Wiley and Sons, 1989.

• Perelomov, A. M., Integrable Systems of Classical Mechanics and LieAlgebras, Birkhäuser, Basel, 1990.

• Landau y Lifshitz, Mecánica Cuántica (Teoría No-Relativista), Editoral RevertéS.A., 1983.

• R.E. Prange and S.M. Girvin, The Quantum Hall Effect, Springer Verlag, NewYork, 1990.

24 - Título: Ecuaciones del grupo de Renormalización en QCD Title: Renormalization group equations in QCD

Tutor: Vicent Mateu Barreda

Modalidad: Trabajo teórico y de revisión.

Resumen:

Los diagramas de Feynman en teoría cuántica de campos, a partir de un loop, están plagados de infinitos que en primera instancia necesitan ser regularizados. Estas divergencias son sin embargo locales y pueden ser por tanto absorbidas en términos del Lagrangiano mediante una redefinición de sus parámetros, en un proceso conocido como renormalización. Una implicación de esta prescripción es que las constantes de acoplamiento dependen de la energía.

En este trabajo se derivarán las ecuaciones del grupo de renormalización para la cromodinámica cuántica, que rigen la dependencia con la energía de las constantes alphaS y las masas de los quarks. Se resolverán dichas ecuaciones, incluyendo correcciones de matching cuando se atraviese algún umbral, y se implementarán en un código numérico.

El propósito final del trabajo es implementar este código en una aplicación de android para su libre distribución, o un applet para ejecutar a través de un navegador web, con lo que se debería usar el lenguaje de programación Java. El estudiante interesado debe por tanto estar familiarizado con la programación.

Areas de conocimiento preferente: Física Teórica, Física Atómica, Molecular y Nuclear.

Asignaturas del grado con las que está relacionada: Física Nuclear y de Partículas, Física de Partículas, Física Cuántica I, Física Cuántica II, Mecánica Cuántica y Mecánica Cuántica Avanzada.

Bibliografía:

1) An Introduction To Quantum Field Theory, Michael E. Peskin, Daniel V.Schroeder, CRC Press (2019)

2) Les Houches Lectures on Renormalization Theory and Effective Field Theories,Matthias Neubert, arXiv:1901.06573

3) QCD and Renormalisation Group Methods, Matthias Jamin, http://www.maria-laach.tp.nt.uni-siegen.de/downloads/files/2006/Jamin-2006.pdf

http://www.maria-laach.tp.nt.uni-siegen.de/downloads/files/2006/Jamin-2006.pdf

http://www.maria-laach.tp.nt.uni-siegen.de/downloads/files/2006/Jamin-2006.pdf

25 - TFG propuesto por el área de Física de la Tierra

Tutor: Angel González Zamora

Título: El uso de la teledetección para la monitorización de inundaciones The use of teledetection for flood monitoring

Descripción: Las inundaciones se encuentran entre los desastres naturales más catastróficos a nivel mundial en términos tanto de impacto en la vida humana como de impacto económico. Sin embargo, el gran avance que ha habido en el ámbito de la teledetección aplicada en los últimos años, ha supuesto que estos daños se hayan visto minimizados. En este trabajo se propone estudiar el uso de diferentes variables obtenidas a través de satélites, tales como la temperatura del suelo, la humedad del suelo, precipitación y el índice de vegetación de diferencia normalizado (Normalized Difference Vegetation Index, NDVI) como indicadores para la monitorización de eventos de inundaciones a escala mundial.

Area de conocimiento preferente: Física de la Tierra

Area de conocimiento afín: Física Aplicada

Asignaturas directamente relacionadas: Meteorología

Modalidad: Trabajo experimental

Citas:

A. Colliander, T. Jackson, R. Bindlish, S. Chan, N. Das, S. Kim, M. Cosh, S. Dunbar, L.Dang, L. Pashaian, J. Asanuma, A. Berg, T. Rowlandson, D. Bosch, T. Caldwell, K.Caylor, D. Goodrich, H. al Jassar, E. Lopez-Baeza, J. Martínez-Fernández, A. González-Zamora, S. Livingston, H. McNairn, A. Pacheco, M. Moghaddam, C. Montzka, C.Notarnicola, G. Niedrist, T. Pellarin, J. Prueger, J. Pulliainen, K. Rautiainen, J. Ramos,M. Seyfried, P. Starks, B. Su, Y. Zeng, R. van der Velde, M. Thibeault, W. Dorigo, M.Vreugdenhil, J. Walker, X. Wu, A. Monerris-Belda, P. O’Neill, D. Entekhabi, E. Njokuand S. Yueh. 2017. Validation of SMAP Surface Soil Moisture Products with CoreValidation Sites. Remote Sensing of Environment, 191, 215-231;doi:10.1016/j.rse.2017.01.021

A. González-Zamora, N. Sánchez, J. Martínez-Fernández and W. Wagner. 2016. Root-zone plant available water estimation using the SMOS-derived Soil Water Index.Advances in Water Resources, 96, 339-353; doi:10.1016/j.advwatres.2016.08.001



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26- Título: Caracterización del momento angular orbital de la luz

Title: Characterization of the orbital angular momentum of light

Tutor: Carlos Hernández García

Descripción del trabajo: En este trabajo de fin de grado bibliográfico se revisarán las distintas técnicas ópticas para caracterizar y medir el momento angular orbital de la luz. El momento angular orbital está asociado a la rotación del frente de onda de un haz de luz, tratándose de una propiedad muy interesante en diversas aplicaciones como microscopía, comunicaciones ópticas, información cuántica, manipulación de micropartículas, etc. La extensión de esta propiedad a regímenes extremos como pulsos ultracortos y ultraintensos, o longitudes de onda cercanas a los rayos x, conlleva una dificultad añadida para su caracterización. En este trabajo se estudiarán las distintas técnicas de caracterización (interferométricas, medida de frente de ondas, difractivas…) haciendo hincapié en su posible extensión a estos regímenes extremos.

Área de conocimiento preferente: Óptica

Asignaturas de grado relacionadas: Óptica I y II, Laboratorio de óptica, Fotónica y Óptica coherente

Tipo: Trabajo de revisión bibliográfica


Bibliografía:

Yao, A. M., Padgett, M. J. “Orbital angular momentum: origins, behavior and applications”. Adv. Opt. Photonics 3, 161-204 (2011).

J. M. Hickman, et al., “Unveiling a Truncated Optical Lattice Associated with a Triangular ApertureUsing Light’s Orbital Angular Momentum”, Phys. Rev. Lett. 105, 053904 (2010).





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Modalidad:

• Específico

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27 - Título: Microscopía óptica. Fundamentos, técnicas avanzadas y aplicaciones

Title: Optical microscopy. Basics, advanced techniques and applications

Tutor: Javier Rodríguez Vázquez de Aldana

Descripción del trabajo: Una de las herramientas más versátiles en infinidad de ámbitos científicos y tecnológicos es el microscopio óptico, desde su versión más básica construida con dos lentes, a los equipos más complejos que mejoran enormemente la calidad de imagen y sus posibles aplicaciones. En este trabajo se propone un estudio de las principales técnicas de microscopía óptica utilizadas en distintos ámbitos científicos y técnicos. Se trata de hacer una revisión de los fundamentos de los microscopios ópticos, las distintas configuraciones que pueden utilizarse para su diseño, así como las técnicas de iluminación y de contraste más habituales. Se requieren conocimientos básicos de óptica instrumental y de óptica geométrica.





Bibliografía:

[1] T. Tkaczyk, “Field guide to microscopy”, SPIE Press.

[2] M. Abramowitz, “Microscope. Basics and Beyond”. Olympus America Inc.





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Modalidad:

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28 - Título: Otras aplicaciones de las fibras ópticas: sensores basados en fibras ópticas

Title: Other applications of optical fibers: Sensors based on optical fibers

Tutor: Julio San Román

Descripción del trabajo: La fibra óptica ha sido unos de los dispositivos que más ha cambiado la sociedad actual. La mejora en la transparencia de las fibras ópticas lograda entre los años 80 y 90 ha posibilitado que las telecomunicaciones hayan invadido la sociedad en muchos más ámbitos de los que nadie había imaginado. Sin embargo, las fibras ópticas no sólo se están utilizando en el ámbito de las telecomunicaciones, sino que también se están utilizando en otro tipo de aplicaciones como sensores o detectores. Este trabajo fin de grado pretende hacer una revisión bibliográfica de estas nuevas aplicaciones en las que la fibra óptica se utiliza como sensor. Se espera que el estudiante profundice en algunas de las aplicaciones desarrollando modelos sencillos que expliquen el funcionamiento del sensor, sus limitaciones o alguna de las principales características del mismo.





Bibliografía:

[1] “Fundamentals of Photonics” (Wiley Series in Pure and Applied Optics) Bahaa E. A. Saleh and MalvinCarl Teich.

[2] K.T.V. Grattan and T. Sun “Fiber optic sensor technology: an overview” Sensors and Actuators 82,40-61 (2000).





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Modalidad:

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29 - Título: Láseres ultrarrápidos y ultraintensos

Title: Ultrafast ultraintense lasers

Tutor: Luis Plaja

Descripción del trabajo: Una parte del premio Nobel de Física 2018 ha sido otorgado a los creadores de la técnica de amplificación de pulsos láser CPA. El trabajo que se propone es hacer una revisión bibliográfica de las aportaciones fundamentales en el campo de los láseres intensos y ultracortos, tanto desde el punto de vista tecnológico, como de la fenomenología física relacionada. En particular se tratarán aspectos como la amplificación por trino (CPA), anclado de modos Kerr, aproximación de campo fuerte, generación de armónicos, ionización sobre umbral y pulsos de attosegundo, entre otros. Dependiendo de la profundidad de la descripción de éstos, el trabajo incluirá un mayor o menor número de temas.





Bibliografía:

D. Strickland G. Mourou, Compression of amplified chirped optical pulses, Optics CommunicationsVolume 56, Issue 3, 1 December 1985, Pages 219-221

T. Brabec et al., “Kerr lens mode locking”, Opt. Lett. 17 (18), 1292 (1992)

Li, X. F.; L'Huillier, A.; Ferray, M.; Lompre, L. A.; Mainfray, G. "Multiple-harmonic generation in rare gases at high laser intensity". Physical Review A. 39 (11): 5751–5761 (1989)





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Agostini, P.; Fabre, F.; Mainfray, G.; Petite, G.; Rahman, N. . "Free-Free Transitions Following Six-Photon Ionization of Xenon Atoms". Physical Review Letters. 42 (17): 1127–1130. (1979)


Modalidad:

• Específico


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30 - Título: Tomografía de coherencia óptica (TCO) sensible a la polarización

Title: Polarization sensitive optical coherence tomography (OCT)

Tutores: Benjamín Alonso Fernández e Íñigo Juan Sola Larrañaga

Descripción del trabajo: La tomografía de coherencia óptica (TCO) permite realizar imagen en tejidos biológicos con gran resolución axial y transversal. Se aplica ampliamente en oftalmología debido a las profundidades de penetración típicas y la transparencia de los tejidos. En la TCO sensible a la polarización, se aprovecha la respuesta de algunos tejidos a la polarización para mejorar el contraste. El trabajo consistirá en realizar una revisión bibliográfica de diferentes implementaciones y aplicaciones de la TCO sensible a la polarización. Se propondrá al estudiante comenzar con una recopilación de bibliografía sobre el tema, para su posterior lectura y comprensión. El trabajo deberá incluir una introducción a la técnica TCO, además de las versiones más avanzadas y estado del arte en sensibilidad a la polarización.





Bibliografía:

[1] De Boer, J. F., Hitzenberger, C. K., & Yasuno, Y. (2017). Polarization sensitive optical coherencetomography–a review. Biomedical Optics Express, 8(3), 1838-1873.

[2] Baumann, B. (2017). Polarization sensitive optical coherence tomography: a review of technologyand applications. Applied Sciences, 7(5), 474.





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Modalidad:

• Específico


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31 - Trabajo de Fin de Grado en Física - Curso 2019-20

- Tutores académicos: Tomás González Sánchez, Beatriz García Vasallo

- Título: Acoplamiento de neuronas de Hodgkin y Huxley: sincronización inducida por ruido Coupling of Hodgkin and Huxley neurons: noise-induced synchronization

- Descripción: El desarrollo de dispositivos y circuitos electrónicos neuromórficos requiere modelos numéricos capaces de reproducir de forma eficiente tanto el comportamiento eléctrico de las neuronas como diferentes tipos de acoplamiento entre ellas. Como respuesta a una corriente iónica externa, la diferencia de potencial entre el espacio extracelular e intracelular separado por la membrana neuronal muestra picos de potencial (potential spikes), encargados de la transmisión de señales eléctricas portadoras de información. La aparición de estos spikes, que son tradicionalmente modelados mediante las ecuaciones de Hodgkin and Huxley, se puede ver influenciada por la presencia de ruido eléctrico. En una red de neuronas, el acoplamiento entre ellas provoca la sincronización de su respuesta a estímulos externos. El objetivo del presente Trabajo de Fin de Grado es el desarrollo de un modelo de acoplamiento entre neuronas que dé lugar a su sincronización y el estudio de cómo ésta se ve influencia por la presencia de diferentes tipos de ruido. El trabajo permitirá al estudiante aplicar conocimientos de electrónica y física estadística en un campo novedoso para él, como las membranas neuronales, y familiarizarse con conceptos tales como ruido, fluctuaciones, generación de señales obedeciendo ciertas estadísticas, procesos de transmisión de información, resonancia estocástica, etc.

- Área de conocimiento preferente: Electrónica

- Área de conocimiento afín: Física Aplicada

- Tipo del trabajo: Exploración de problema teórico, simulación

- Modalidad: Específico

- Citas bibliográficas: Y. Wang, D. T. W Chik, and Z. D. Wang, “Coherence resonance and noise-induced synchronization in globally-coupled Hodgkin-Huxley neurons” Phys. Rev. E, vol. 61, pp. 740-746, 2000. Q. Y. Wang, Q. S. Lu, and G. R. Chen, “Spatio-temporal patterns in a square-lattice Hodgkin-Huxley neural network”, Eur. Phys. J. B, vol. 54, pp. 255-261, 2006. B. G. Vasallo, J. Mateos, and T. González, “Ion shot noise in Hodgkin–Huxley neurons”, J. Comput. Electron., vol. 17, pp. 1790-1796, 2018.

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