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Contenido RV01: "Estudio teórico y/o experimental de redes fotónicas de banda plana" ............................. 2
RV02: "Estudio experimental de formación de estructuras periódicas en cristales fotorefractivos
SBN"................................................................................................................................................. 2
RV03: "Estudio teórico y/o experimental de Ondas de Rogue en cristales fotorefractivos SBN" .. 3
RV04: "Estudio experimental de microscopía de fluorescencia por sábana de luz" ...................... 3
RV05: "Estudio experimental de resonadores acústicos acoplados" .............................................. 4
CH01: "Átomos de Rydberg y rotaciones de Faraday" .................................................................... 4
RV06: "Estudio teórico y/o experimental de oscilaciones de Bloch en redes fotónicas" ............... 4
MF01: “Nano-oxidación de superficies de aluminio” ..................................................................... 5
MF02: “Nano-oxidación de superficies de aluminio” ..................................................................... 6
MLC01: “Estudio del campo de velocidad al interior y exterior de una microgota” ...................... 7
FG01: “Bioflotación y transporte de partículas” ............................................................................. 7
NS01: “Modelo de Materia activa en interacción con paredes rugosas” ....................................... 9
SG01: “Estudio de la no aditividad de la fuerza forética en colloides activos por medio del
Boundary Element Method (BEM)” ................................................................................................ 9
MLC02: “Curva de crecimiento y actividad de cepas a bacterias mótiles” ................................... 10
RS01: “Turbulencia activa en distintos modelos no polares de materia activa” .......................... 11
RS02 “Medición de avalanchas granulares”.................................................................................. 11
VM01: “Fractalidad en un modelo de fluidos para plasmas de fusión” ....................................... 12
VM02: “Exponentes críticos para eventos disipativos discretos y continuos” ............................. 12
VM03: “Redes complejas para el estudio de actividad solar” ...................................................... 13
DP01: “Modelamiento de avalanchas utilizando pilas de arena” ................................................. 13
DP02: “Relación entre parámetros de redes complejas y características físicas de los
terremotos” ................................................................................................................................... 14
DP03: “Reconocedor de información (WLZIP) aplicado a sismicidad natural medida en Chile” .. 14
EM01: “Materiales cuánticos” ...................................................................................................... 15
MR01: “Aceleración no térmica en un plasma de pares electrón-positrón por la inestabilidad de
firehose” ........................................................................................................................................ 15
FM01: “Caracterizacion de Aisladores Topologicos” .................................................................... 17
FM02: “Hetero-estructuras 2D” .................................................................................................... 17
LF01: "Topological tricks for smarter materials" ........................................................................... 18
Proyectos Prácticas de Verano 2018
RV01: "Estudio teórico y/o experimental de redes fotónicas de banda plana"
Encargado: Rodrigo A. Vicencio
El estudio del transporte y localización de energía en estructuras periódicas, es de interés transversal en física.
En particular, los sistemas periódicos ópticos conocidos como redes fotónicas consisten de un material óptico
cuyo índice de refracción está modulado espacialmente, dando lugar a una estructura periódica para la luz.
Dependiendo de la periodicidad, geometría y parámetros ópticos, es posible observar condiciones de
transporte y localización de diversa naturaleza.
En esta unidad de investigación exploraremos propiedades de localización y transporte de luz en sistemas
periódicos no convencionales, que presentan bandas planas en su espectro lineal. Estas bandas dan lugar a
soluciones espacialmente localizadas, como resultado de múltiples interferencias destructivas en sitios
conectores de la red. Estudiaremos excitaciones de modos fundamentales y dipolares.
Referencias:
1. "Observation of Localized States in Lien Photonic Lattices," Rodrigo A. Vicencio et al., Physical Review
Letters 114, 245503 (2015).
2. "Simple method to construct flat-band lattices," L. Morales-Inostroza and Rodrigo A. Vicencio, Physical
Review A 94, 043831 (2016).
RV02: "Estudio experimental de formación de estructuras periódicas en
cristales fotorefractivos SBN"
Encargado: Rodrigo A. Vicencio y Carla Hermann
La obtención de estructuras periódicas ópticas es un problema importante en física experimental, ya que
constituye el marco de trabajo para estudiar la propagación y localización de haces ópticos en diversas
configuraciones espaciales.
En esta unidad de investigación exploraremos la generación de estructuras periódicas en cristales
fotorefractivos vía dos técnicas. Primero, induciremos un patrón unidimensional utilizando la interferencia de
dos haces ópticos. Segundo, exploraremos un método de imágenes, trasladando ópticamente un patrón de luz,
generado por un modulador espacial de luz, hacia el cristal SBN.
Referencias:
1. "Photorefractive writing and probing of anisotropic linear and nonlinear lattices," Raphael Allio et al.,
Journal of Optics 17, 025101 (2015).
2. "Observation of localized flat-band states in Kagome photonic lattices," Y. Zong et al., Optics Express 24,
8877 (2016).
RV03: "Estudio teórico y/o experimental de Ondas de Rogue en cristales
fotorefractivos SBN"
Encargado: Rodrigo A. Vicencio, Aleksandra Maluckov y Carla Hermann
Desde hace unos años ha habido un fuerte interés en el estudio de eventos extremos, donde ondas de gran
amplitud son generadas en diversos sistemas físicos no lineales, como consecuencia de la interacción entre
distintos patrones localizados y vía diversos mecanismos que rompen la simetría del sistema. El control de
estas ondas es muy importante para la prevención de posibles daños en distintos aparatos y estructuras, así
como en la generación de fuentes de muy alta energía espacialmente localizadas.
En esta unidad de investigación exploraremos la generación de estructuras localizadas en cristales
fotorefractivos SBN, vía el estudio de la inestabilidad de ondas extendidas en un regimen no lineal controlado
vía un voltage externo o mediante la intensidad de la onda incidente. Estas ondas aparecen en un regimen que
está sobre el de inestabilidad modulacional, y se debe caracterizar la aparición de estos eventos extremos
denominados raros, debido a su baja estadística.
Referencias:
1. "Spatial rogue waves in a photorefractive pattern-forming system," N. Marsal et al., Optics Letters 39, 3690
(2014).
2. "Spatial Rogue Waves in Photorefractive Ferroelectrics," D. Pierangeli et al., Physical Review Letters 115,
093901 (2015).
RV04: "Estudio experimental de microscopía de fluorescencia por sábana de
luz"
Encargado: Rodrigo A. Vicencio
Durante los últimos 5 años, ha habido un fuerte desarrollo en el área de la microscopía de fluorescencia, lo
que fue impulsado en gran medida por la designación del premio nobel de química del 2014 por el "desarrollo
de la microscopía de fluorescencia de gran resolución". En particular, se ha desarrollado una técnica
denominada "microscopía por sábana de luz", la que consiste en iluminar una muestra específica con una capa
muy delgada de luz de 488 nm (cyan) de longitud de onda, para colectar luego la emisión que produce esta
muestra en 532 nm (verde). Este método utiliza una muy baja intensidad de luz, por lo que la muestra no es
dañada en la operación, y la emisión sólo es producida en la zona de iluminación, por lo que se reduce la
radiación de fondo que altera la resolución final de la imagen.
En esta unidad de investigación montaremos un microscopio de fluorescencia por sábana de luz y lo
caracterizaremos utilizando microesferas fluorescentes de distinto tamaño. Buscaremos también proponer una
nueva forma de iluminación basada en patrones no difractantes de luz.
Referencias:
1. https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2014/advanced-chemistryprize2014.pdf
2. "Single objective light-sheet microscopy for high-speed whole-cell 3D super-resolution," Marjolein B.M.
Meddens et al., Biomedical Optics Express 7, 2219 (2016).
RV05: "Estudio experimental de resonadores acústicos acoplados"
Encargado: Rodrigo A. Vicencio
Durante los últimos años, ha surgido una nueva área de investigación denominada "Cristales Fonónicos", en
donde se busca estudiar diversas propiedades de las ondas acústicas enfrentadas a medios de distinta
periodicidad. En particular, en el último tiempo se ha puesto un énfasis importante en la búsqueda de
propiedades más exóticas, simulando lo que ocurre para ondas electrónicas en estado sólido.
En esta unidad de investigación diseñaremos, fabricaremos y caracterizaremos cavidades acústicas
individuales. Luego, estudiaremos el acoplamiento experimentado entre distintas cavidades, investigando la
dependencia de este acoplamiento con respecto a la distancia y parámetros de los tubos conectores.
Referencias:
1. "Phononic crystals and acoustic metamaterials," M.-H. Lu et al., Materials Today 12, 34 (2009).
2. "Topological Subspace-Induced Bound State in the Continuum," Y.-X. Xiao et al., Physical Review Letters
118, 166803 (2017).
CH01: "Átomos de Rydberg y rotaciones de Faraday"
Encargada: Carla Hermann A.
Los átomos de Rydberg son átomos cuyo electrón(s) de valencia ha(n) sido excitado(s) a un nivel electrónico
de alta energía. Estos átomos tiene propiedades particularmente interesantes, entre ellas una sensible respuesta
a campos eléctricos y una alta polarizabilidad. Una sensible respuesta a radiación hacen que estos átomos sean
excelentes candidatos para estudiar la interacción radiación-materia a niveles cuánticos, por lo cual, Serge
Haroche fue galardonado con el premio Nobel de física el año 2012.
Una alta polarizabilidad es particularmente relevante al estudiar propiedades de rotaciones de Faraday. Estas
son rotaciones en la polarización de un campo de prueba generadas por cambios en campos magnéticos. El
que un sistema presente altas polarizabilidades hace que sea muy sensible a variaciones de campo magnético.
Los átomos de Rydberg pueden convertirse en magnetómetros altamente sensibles.
Referencias:
1 .- Exploring the Quantum: Atoms, Cavities, and Photons Serge Haroche and Jean-Michel Raimond.
2.- "Faraday spectroscopy in an optical lattice: a continuous probe of atom dynamics". J. Opt. B: Quantum
Semiclass. Opt. 5 (2003) 323–329
RV06: "Estudio teórico y/o experimental de oscilaciones de Bloch en redes
fotónicas"
Encargado: Rodrigo A. Vicencio
Las oscilaciones de Bloch son un fenómeno de física de estado sólido, en los que un electrón oscila en una red
periódica debido a la presencia de un campo eléctrico. En términos teóricos, el problema consiste en estudiar
una red discreta unidimensional que presenta una energía de sitio que crece con la posición en la red. Hace
unos años se observó este fenómeno en diversas redes fotónicas, utilizando distintas técnicas para lograr
inducir un potencial creciente en la red.
En esta unidad de investigación utilizaremos arreglos uni-dimensionales fabricados con la técnica de
femtosegundos, incluyendo el efecto de un gradiente térmico en estos cristales. Mediante la técnica de
fluorescencia, observaremos la dinámica de la luz a medida que se propaga a lo largo del cristal, y mediante la
técnica de generación de imágenes estudiaremos diversas condiciones iniciales en cristales periódicos y
desordenados.
Referencias:
1. "Optical Bloch Oscillations in Temperature Tuned Waveguide Arrays," T. Pertsch et al., Physical Review
Letters 83, 4752 (1999).
2. "Observation of dipolar transport in one-dimensional photonic lattices," C. Cantillano et al., Science
Bulletin 62, 339 (2017).
MF01: “Nano-oxidación de superficies de aluminio”
Encargado: Marcos Flores Carrasco
Laboratorio de Superficies y Nanomateriales
Las monocapas moleculares autoensambladas (SAMs) son arreglos moleculares, Figura 1. La investigación
de SAMs en superficies y/o nanopartículas se ha masificado en los últimos años, involucrando físicos,
químicos y biólogos, debido a sus diversas aplicaciones en electrónica, óptica, catálisis, biosensores, etc.
Las moléculas más ampliamente utilizadas en la conformación de estos arreglos son los tioles [1]. Los tioles
son moléculas orgánicas que consisten de una cabeza de ancla, una cadena espaciadora, y un grupo terminal
funcional. Las propiedades de la estructura resultante dependen tanto del grupo funcional como de la cadena
espaciadora. Pero haciendo un estudio más profundo, se ha observado que las propiedades de las SAMs son
fuertemente dependientes del arreglo o disposición superficial. Es por ello que el estudio del arreglo
superficial es muy importante para entender las propiedades de estos sistemas y como afectan al sustrato [2].
Mucha atención ha sido dedicada a determinar cómo estas moléculas están dispuestas en las superficies
metálicas en el caso de moléculas con cabeza de ancla tipo tiol, pero no se ha investigado mucho para el caso
de moléculas con cabeza carboxílica [3]. Es por ello, que en este proyecto se propone el estudio experimental
de la formación de arreglos moleculares tipo SAMs a base de moléculas carbolylicas en superficies de cobre.
Fig. 1: Dominios de SAMs de moléculas carboxílicas en superficies de Ag(111) [3].
Referencias:
[1] J.J. Jia et al, J. Phys. Chem. (2014) DOI:10.1021/jp509184t
[2] R. Henriquez et al, Appl. Surf. Sci. (2017), http://dx.doi.org/10.1016/j.apsusc.2017.02.163
[3] A. Krzykawska et al, Chem. Comm. (2017), DOI: 10.1039/C7CC01939D
MF02: “Nano-oxidación de superficies de aluminio”
Encargado: Marcos Flores Carrasco
Laboratorio de Superficies y Nanomateriales
El aluminio y sus aleaciones se utilizan en muchas aplicaciones cotidianas, como la fabricación de
automóviles, la industria aeroespacial y la construcción. Los óxidos de aluminio anódicos también son de
interés en futuras aplicaciones de nanotecnología. Una de las propiedades más importantes del aluminio es la
alta resistencia natural a la corrosión debido a la película pasiva de óxido de aluminio. En condiciones
ambientales, se forma una película de óxido nativa amorfa, de algunos nanometros de espesor, tanto en
aleaciones de aluminio puro como en aluminio industrial [1]. Esta capa de óxido proporciona una buena
resistencia a la corrosión en muchos entornos y se autorrenueva después del daño mecánico en ambientes
ambientales y acuosos.
La alta importancia y las propiedades atractivas del aluminio han llevado a muchos estudios sobre aluminio y
óxidos de aluminio durante varias décadas para comprender aspectos fundamentales y aplicados. Las etapas
iniciales de oxidación se han estudiado tanto teóricamente como con técnicas experimentales de ciencias de la
superficie [2]. Se conocen las estructuras exactas de la escala atómica de los óxidos de aluminio delgados y de
aluminio en volumen, pero existe poco conocimieto de la oxidación en recubrimientos ultradelgados, en
particular si estos están bajo la capa límite de oxidación [3].
En esta práctica se plantea estudiar la evolución morfológica de capas bajo los 10nm de espesor de películas
de aluminio depositadas sobre silicio, estas muestras serán oxidadas por exposición al aire. Se estudiará la
topografía superficial mediante SPM y el estado de oxidación por XPS.
Fig. 1: Superficie de Aluminio.
Referencias:
[1] J. Evertsson et al., Appl. Surf. Sci. (2015), http://dx.doi.org/10.1016/j.apsusc.2015.05.043
[2] V.P. Zhdanov, Chem. Phys. Lett. (2017), http://dx.doi.org/10.1016/j.cplett.2017.02.042
[3] J.D. Baran et al, Phys Rev. Lett. (2014), DOI: 10.1103/PhysRevLett.112.146103
MLC01: “Estudio del campo de velocidad al interior y exterior de una microgota”
Encargado:María Luisa Cordero y Pablo Mardones (estudiante de PhD)
El objetivo de esta práctica es estudiar el campo de velocidad cuando una gota de tamaño micrométrico viaja
al interior de un microcanal transportada en un flujo de aceite. Para ello se usarán técnicas de µPIV (``micro-
Particle Image Velocimetry'') para medir el campo de velocidad tanto al interior de la microgota como en el
flujo de aceite. Estas mediciones permitirán deducir el campo de presión tanto al interior como al exterior de
la gota.
Este trabajo experimental será complementado con mediciones existentes de la forma de la gota y con un
modelo teórico cuasi-bidimensional, lo que permitirá evaluar las condiciones de borde en la interfase y,
finalmente, encontrar la tensión superficial en la superficie de la gota. Esta práctica incluirá el trabajo
experimental y análisis de datos, así como el desarrollo de algunos cálculos teóricos.
Referencias:
- Beatus et al., “The physics of 2D microfluidic droplet ensembles”, Phys. Rep. 516, 103 – 145 (2012)
- Santiago et al., “A particle image velocimetry system for microfluidics”, Exp. Fluids 25, 316 – 319
(1998)
FG01: “Bioflotación y transporte de partículas”
Encargado: Francisca Guzmán Lastra, Rodrigo Soto
La flotación en minería es una alternativa para la extracción de cobre. Esta consiste en dejar la pulpa de cobre
en grandes recipientes en los que se generan burbujas, mediante un surfactante (no amigable con el medio
ambiente) en el fluido las partículas de cobre se sienten atraídas hacia la superficie de las burbujas de aire las
que son más tarde extraídas con el cobre en su superficie (ver figura esquemática 1).
Figura 1. Atracción de partículas de cobre hacia las burbujas.
Ahora se busca una alternativa bio-amigable llamada bioflotación, en esta alternativa se busca reemplazar el
surfactante por bacterias.
Se ha observado que las partículas de cobre son igualmente atraídas hacia la superficie de las burbujas gracias
a la presencia de bacterias en el fluido.
¿Por qué es esto posible? Lo que sabemos hasta ahora es que las bacterias se sienten atraídas a las superficies
y tienen un tiempo de permanencia mayor en superficies rugosas o complejas como esferas [1], también se ha
observado que se adhieren a la superficie de los minerales en bioflotaciones con malaquita [2] (ver figura 2).
Figura 2. Atracción de bacterias a la superficie de los minerales.
En esta práctica de verano se propone modelar teórica-numéricamente una suspensión diluida de burbujas de
aire inmersas en una suspensión de partículas pasivas y activas usando dinámica Browniana en donde se
busca determinar cuales son los mecanismos que dominan la atracción de partículas pasivas a las burbujas
debido a la actividad del medio fluido.
Referencias:
[1] soft matter 2015, 11 3396.
[2] International Journal of Mineral Processing 143 (2015) 98–104
NS01: “Modelo de Materia activa en interacción con paredes rugosas”
Encargado Néstor Sepúlveda, Rodrigo Soto
La materia activa es un concepto que busca describir la dinámica colectiva e individual de los
microorganismos, peces, pájaros o mamíferos. Lo que define a la materia activa es la capacidad de cada
elemento (ya sea una bacteria o un pez) de tomar energía del ambiente para transformarla en movimiento.
Una de las propiedades que caracterizan la materia activa es que cada elemento presentan autopropulsión y
persistencia. La combinación de ambas da lugar a varios fenómenos novedosos, dónde el más destacable es la
agrupación de muchos de estos elementos en grandes cúmulos.
Los elementos autopropulsadas normalmente tienden a acercarse a las paredes de los contenedores.
En nuestro trabajo [1], estudiamos cuál es su comportamiento colectivo al encontrarse con superficies sólidas,
encontrando tres formas muy diferentes de estructurarse. Primero, si los elementos tienden a ser muy
persistentes (es decir, viajan por mucho tiempo en la misma dirección), se agrupan formando una capa
uniforme en la pared, de un grosor que puede ser controlado. Si son un poco menos persistentes, ahora forman
grupos separados entre sí de manera periódica, como si fueran gotas. Por último, si son muy poco persistentes
y cambian de dirección fácilmente, entonces no se pegan a la pared (un esquema de las tres fases se puede
observar en la figura adjunta). Estas fases presentan dos transiciones de no equilibrio con exponentes críticos
universales en ambos casos.
El propósito de la practica de verano es estudiar en detalle el diagrama de fase para el sistema estudiado en la
ref. [1], en el caso de paredes rugosas. Se quiere entender cuál es el efecto de la rugosidad de la pared en la
forma en que se estructuran los elementos en esta. En el futuro se quiere probar las predicciones de este
estudio en experimentos ya sea de suspensiones bacterianas o partículas autopropulsadas artificiales. La
posible aplicaciones de esta investigación es, por ejemplo, entender mejor la formación de bio-películas en
utensilios médicos, que son una fuente frecuente de contaminación.
El estudio del problema será a través de simulaciones numéricas.
Requisito: Métodos Numéricos (FI3104).
Referencias:
[1] Wetting transitions displayed by persistent active particles.
Néstor Sepúlveda and Rodrigo Soto. Phys. Rev. Lett. 119, 078001 (2017)
SG01: “Estudio de la no aditividad de la fuerza forética en colloides activos por
medio del Boundary Element Method (BEM)”
Encargado: Sebastian Gonzalez
Resumen: Partículas catalíticas colloidales, eg platinum en agua oxigenada, generan gradientes de
concentraciones que a su vez generan a slip velocity en la superficie de las partículas. Esta slip velocity
genera flujos en el fluido que mueven a las partículas. Usualmente, aproximaciones de campo medio son
usadas para resolver este problema y se asume la aditividad de las fuerzas, esto es F(a+b) = F(a) + F(b). En
esta práctica se estudiará la no aditividad de la fuerza forética en sistemas coloidales y caracterizará esta
como función de la configuración del sistema. Para esto, se resolverá la ecuación de difusión y de stokes para
un sistema de partículas coloidales por medio del Boundary Element Method.
Requisitos: mecanica de fluidos y métodos computacionales de la física, conocimiento en Mathematica es un
plus.
Referencias:
Simmchen, J. et al. Topographical pathways guide chemical microswimmers. Nat. Commun.
7:10598 doi: 10.1038/ncomms10598 (2016).
Uspal W. E. et al. Self-propulsion of a catalytically active particle near a planar wall: from reflection
to sliding and hovering. Soft Matter, 2015,11, 434-438
Fig. 1 Perfil de concentración para una fuente y un sumidero. El problema a tratar durante la práctica consiste
en estudiar el caso de tres cuerpos.
MLC02: “Curva de crecimiento y actividad de cepas a bacterias mótiles”
Profs. guía: María Luisa Cordero y Rodrigo Soto
Responsable directo: Tesista de doctorado, Gabriel Ramos
Uno de los paradigmas de la materia activa son las suspensiones bacterianas. Desde un punto de vista de la
física estadística, se puede representar como una colección enorme de motores que interactúan entre ellos,
generando movimientos colectivos. En el laboratorio de Materia de Fuera del Equilibrio contamos con varias
cepas de bacterias E.coli fluorescentes. Se busca medir las curva de crecimiento (número de bacterias por
unidad de volumen) y su actividad (fracción de bacterias mótiles, así como su velocidad) en función del
tiempo. Se compararán los resultados de las cepas W3110 y RP437. En este proceso aprenderán a cultivar
bacterias, las normas de limpieza, grabación y análisis de imágenes, y procesamiento de datos en Matlab.
Dependiendo del avance, se compararán luego la motilidad de las bacterias cuando son puestas en microgotas
en dispositivos microfluidicos.
RS01: “Turbulencia activa en distintos modelos no polares de materia activa”
Encargado: Prof. Guía: Rodrigo Soto, Fernanda Pérez
En una suspensión de elementos activos que se autopropulsan (bacterias, células, peces, etc.), los elementos se
tienen a alinear en estructuras tipo cardúmenes. Debido al desorden se generan parches que se arman y
desarman contínuamente en un movimiento tipo turbulento. Hay otro tipo de materia activa, en la que los
elementos no se propulsan sino que generar esfuerzos activos como son los coloides activos y los tejidos
celulares. En esta práctica se realizarán simulaciones de coloides activos usando un código muy eficiente para
GPU que permite simular hasta un millón de partículas, con el objeto de estudiar la emergencia de turbulencia
activa. Los resultados serán comparados con los estudios de la turbulencia de tejidos celulares con pulsos de
actividad.
RS02 “Medición de avalanchas granulares”
Encargado: Rodrigo Soto
La respuesta de medios granulares al cizalle es bien conocida en el caso de sistemas en movimiento uniforme.
Sin embargo, los medios granulares pueden transitar entre estados estaticos y fluidos y la respuesta temporal
del medio en esos casos es hoy en dia un problema abierto. Contamos con un sistema experimental que
permite medir en el interior del sistema la dinamica de los granos en regimenes oscilatorios. El sistema
consiste en una region anular cilindrica que se puede mover de manera alternante, generando avalanchas
superficiales. Para determinar cuales regiones del medio se encuentran fluidizadas y cuales estaticas, se utiliza
una sonda optica que envia una luz laser, la que es reflejada por los granos. Midiendo la variabilidad de la
señal se puede determinar si hay movimiento o no. Haciendo un análisis de potencia de la señal del láser
hemos encontrado un pico en 2 kHz que podría corresponder al movimiento de granos individuales frente a la
sonda. En esta práctica se busca realizar experimentos a distintas frecuencias de forzamiento para determinar
si la frecuencia del pico escala correctamente con el tiempo de vuelo de un grano.
VM01: “Fractalidad en un modelo de fluidos para plasmas de fusión”
Encargado: Víctor Muñoz
El modelo de Hasegawa-Wakatani extendido (EHW) es un sistema de ecuaciones no lineales para la densidad
y potencial electrostático en un plasma con gradientes de densidad y de campo magnético, y ha sido empleado
para estudiar divesos fenómenos en plasmas de fusión (tokamas en particular) [1], tales como turbulencia,
flujos zonales o transporte de partículas. En esta propuesta de trabajo deseamos caracterizar la transición al
estado completamente turbulento a través del cálculo de una dimensión fractal para las series de tiempo de
densidad, potencial electrostático y vorticidad en una simulación bidimensional del modelo EHW, utilizando
estrategias similares a las empleadas recientemente para el estudio de disipación de energía magnética en un
modelo de capas para turbulencia [2].
Referencias:
[1] J. M. Dewhurst, B. Hnat y R. O. Dendy, Phys. Plasmas 16, 072306 (2009).
[2] M. Domínguez, G. Nigro, V. Muñoz y V. Carbone, Phys. Plasmas 24, 072308 (2017).
VM02: “Exponentes críticos para eventos disipativos discretos y continuos” Encargado: Víctor Muñoz
En un artículo reciente [1] hemos utilizado un método estadístico para estudiar eventos de actividad en una
serie de tiempo de eventos sísmicos, obteniendo relaciones entre exponentes críticos consistentes con un
sistema en un estado de auto-organización crítica (SOC). Anteriormente, el mismo método había sido
aplicado a la serie de tiempo del índice geomagnético SYM-H, [2] cuya resolución permite considerarla como
un registro continuo, permitiendo identificar directamente el tamaño y la duración de cada evento. El carácter
discreto de la serie sísmica, sin embargo, requiere una estrategia de interpolación para definir dichos
parámetros. En este trabajo proponemos estudiar un sistema sencillo de avalanchas, aplicando el método
mencionado tratándolas como una serie continua y discreta de eventos, a fin de estudiar la robustez del
método bajo el proceso de interpolación.
Referencias:
[1] J. Wanliss, V. Muñoz, D. Pastén, B. Toledo y J. A. Valdivia, Eur. J. Phys. B 90, 167 (2017).
[2] J. Wanliss y V. Uritsky, J. Geophys. Res. 115, A03215 (2010)
VM03: “Redes complejas para el estudio de actividad solar”
Encargado: Víctor Muñoz
Las redes complejas ofrecen una interesante oportunidad para estudiar, desde una perspectiva renovada, una
gran diversidad de fenómenos emergentes desde un punto de vista estadístico. En trabajos anteriores, hemos
utilizado esta herramienta para estudiar series de eventos sísmicos [1] y formación de patrones de densidad en
plasmas de fusión [2]. En este trabajo, proponemos utilizar el formalismo de redes complejas para estudiar la
actividad solar. En particular, se desea construir una red compleja para representar la evolución de manchas
solares, utilizando algoritmos de reconocimiento de patrones, mejorando de este modo trabajos anteriores [3],
en que la red es construida a partir de puntos activos sobre la fotósfera solar.
Referencias:
[1] D. Pastén, F. Torres, B. Toledo, V. Muñoz, J. Rogan y J. A. Valdivia, Pure and Applied Geophys. 173,
2267-2275 (2016).
[2] M. Castro, V. Muñoz, M. Domínguez, J. A. Valdivia, B. Hnat, S. C. Chapman y R. O. Dendy, 16th Latin
American Workshop on Plasma Physics, Ciudad de México, México, 4-8 Septiembre 2017.
[3] M. Zorondo y V. Muñoz, XIX Simposio Chileno de Física, Universidad de Concepción, Concepción,
Chile, 26-28 Noviembre 2014.
DP01: “Modelamiento de avalanchas utilizando pilas de arena”
Encargada: Denisse Pasten.
Nuestro país cuenta con una gran riqueza de fenómenos geofísicos; muchos de estos eventos producen una
serie de problemáticas para la sociedad chilena. En este sentido, el fenómeno de los aluviones de tierra y agua
han sido particularmente destructivos a lo largo de nuestro país. En los últimos años, una serie de
herramientas de sistemas complejos (cálculo de dimensiones fractales, redes complejas, entre otras) han sido
aplicadas a sismicidad en nuestro país, lo que ha abierto un puente entre el estudio de los sistemas complejos
y su aplicación en el estudio de sistemas geofísicos. En este sentido, iniciar un estudio que relacione
parámetros de una simulación de avalanchas [1, 2] en un modelo de pilas de arena con un gradiente en la
altura de la pila de arena podrá contribuir a caracterizar dicho fenómeno natural.
Este proyecto propone realizar una simulación de avalanchas en pilas de arena utilizando un gradiente en la
altura de las pilas de arena, con la visión a futuro de realizar un modelamiento de aluviones de tierra y agua
[3].
Referencias:
[1] Bak, P. (1996). How Nature Works: the Science of Self-organized Criticality, Berlin and New York:
Springer
[2] Bak P., Tang C. and Weisenfeld K. (1987). Self-organized criticality: an explanation of 1=f noise.
Physical Review A 38, 364-374.
[3] Sergio A. Sepulveda, Stella M. Moreiras, Marisol Lara and Alejandro Alfaro. (2015). Debris ows in the
Andean ranges of central Chile and Argentina triggered by 2013 summer storms: characteristics and
consequences. Landslides 12, 115-133.
DP02: “Relación entre parámetros de redes complejas y características físicas
de los terremotos”
Encargada: Denisse Pastén.
El continuo movimiento de las placas tectónicas genera una rica dinámica en la corteza terrestre. Parte de esta
dinámica son los eventos sísmicos que se producen en diversas regiones del planeta. Es sabido cuán compleja
puede llegar a ser la dinámica subyacente a los procesos de generación de eventos sísmicos. Desde hace
algunos años, una serie de herramientas de sistemas complejos, tales como cálculo de dimensiones fractales o
redes complejas espaciales y temporales, han sido aplicadas a datos de eventos sísmicos que se han producido
en regiones de alta sismicidad en la Tierra [1, 2]. Aunque estas herramientas han sido de gran utilidad al
mostrar nuevas características de la sismicidad terrestre, aún no ha sido posible establecer una relación directa
entre los parámetros de estos sistemas complejos y las características físicas de la sismicidad.
Este proyecto propone estudiar diversas características físicas de la sismicidad utilizando redes complejas
espaciales, con la finalidad de encontrar correlaciones directas entre ambos sistemas o mostrar qué
parámetros característicos de la sismicidad y qué parámetros de redes complejas espaciales, no tienen relación
entre sí.
Referencias:
[1] Deniss Pasten, Diana Comte. Multifractal Analysis of Three Large Earthquakes in Chile: Antofa-
gasta 1995, Valparaiso 1985, and Maule 2010. Journal of Seismology 18, 1 (2014).
[2] Denisse Pasten, Felipe Torres, Benjamín Toledo, Victor Muñoz, Jose Rogan, Juan Alejandro
Valdivia. Time-based networks analysis before and after the M w 8.3 Illapel Earthquake in Chile. Pure and
Applied Geophysics 173, 2267-2275 (2016).
DP03: “Reconocedor de información (WLZIP) aplicado a sismicidad natural
medida en Chile”
Encargados: Denisse Pastén, Víctor Muñoz
La sismicidad natural de la Tierra es un tópico que genera una serie de preguntas sobre su origen y ocurrencia.
En años recientes, herramientas desarrolladas para el estudio de sistemas complejos, tales como el cálculo de
dimensiones fractales o redes complejas, han mostrado ser capaces de caracterizar a través de diferentes
parámetros, la sismicidad natural de distintas regiones del mundo. Una de las herramientas que ha sido
desarrollada en el último tiempo es el compresor WLZIP [1]. Este método de compresión de datos tiene la
particularidad de ser capaz de almacenar información con el detalle que el usuario necesite para los propósitos
que estime convenientes. Esta nueva herramienta ha sido aplicada en diferentes áreas del conocimiento, desde
sistemas magnéticos hasta energía eólica. Así como a economía o a datos de sismicidad natural, mostrando un
comportamiento particular en aquellos fenómenos en los que existen transiciones de algún tipo. En particular,
este método ha mostrado tener una gran capacidad de análisis sobre series de tiempo en datos de eventos
sísmicos, evidenciando transiciones generadas por eventos sísmicos de gran magnitud (sobre Mw 5.5).
El proyecto que presentamos propone realizar un estudio utilizando WLZIP sobre todo el borde costero de
Chile entre los años 2005 y 2017. Es de gran interes realizar este estudio, ya que en estos años han ocurrido 4
eventos sísmicos sobre Mw 7.5, además de un enjambre sísmico en la zona central del país. En la referencia
[2] es posible ver los resultados que se obtienen de la aplicación de este método a datos sísmicos para tres
terremotos ocurridos en Chile.
Referencias:
[1] Eugenio Vogel, Gonzalo Saravia. 2014. Eur. Phys. J. B. 87, 1.
[2] Eugenio Vogel, Gonzalo Saravia, Denisse Pasten, Vctor Mu~noz. 2017. Tectonophysics 712-713,
723-728.
EM01: “Materiales cuánticos” Encargado: Dr. Eduardo Menendez Proupin (www.gnm.cl/emenendez)
Colaboradores: Dra. Ana Montero (http://www.gnm.cl/amontero) , Dr. Eric Suárez
(http://www.researcherid.com/rid/D-6521-2011).
El estudiante en práctica aprenderá las técnicas de trabajo básicas de la simulación de materiales mediante
cálculos cuánticos a escala atómica. Estos cálculos permiten predecir o explicar propiedades fisicas o
químicas de los materiales a partir de la información de la naturaleza y disposición de los átomos en el
material. No se requiere introducir en los modelos ninguna propiedad física obtenida de experimentos, salvo
la información de la estructura cristalográfica. Durante la primera semana se aprenderá a especificar una
estructura cristalina en general y con formatos de entrada de algunos programas de simulación. Se aprenderá a
visualizar las estructuras mediante los programas adecuados. En la segunda semana se aprenderá a simular el
movimiento atómico mediante el método de dinámica molecular, partiendo desde aspectos teóricos hasta la
realización de cálculos en un supercomputador. Esto se hará participando en la escuela de verano Workshop
Dinámica Molecular de Zeolitas [1]. En la tercera y cuarta semanas se aprenderá a hacer cálculos de
estructura electrónica de materiales de interés tecnológico, tales como silicio, telururo de cadmio, grafeno y
fosforeno. Al final de la práctica, el estudiante debe redactar una memoria con las actividades realizadas.
El fundamento teórico de esta práctica es la teoría del funcional de la densidad [2] (DFT), que constituye una
aproximación eficiente a los cálculos de los estados cuánticos de sistemas de muchos electrones en moléculas
y cristales. En actividades prácticas se utilizará el avanzado software de código abierto Quantum ESPRESSO
[3].
Se admiten hasta dos alumnos.
Es requisito: Tener conocimiento del sistema operativo GNU/Linux, a nivel de usuario con destreza en uso de
terminal de comandos.
Capacidad de leer artículos y libros en idioma inglés.
Haber pasado cursos de electromagnetismo y mecanica cuántica o física cuántica.
Bibliografía:
[1] http://www.nlhpc.cl/es/workshop-dinamica-molecular-en-zeolitas
[2] D. S. Sholl y J. A. Steckel, Density Functional Theory: a practical introduction. Wiley (2009).
[3] Quantum ESPRESSO website: www.quantum-espresso.org
MR01: “Aceleración no térmica en un plasma de pares electrón-positrón por la
inestabilidad de firehose”
Encargado: Mario Riquelme
En el contexto de plasmas astrofísicos de baja colisionalidad, se ha encontrado que el calentamiento viscoso
del plasma puede dar origen a aceleración no térmica de electrones si este calentamiento se produce en
presencia de un campo magnético que se amplifica [1]. Esta aceleración se debería a la llamada "inestabilidad
de whistler" en estos plasmas. Por otro lado, si el campo magnético decrece, este calentamiento viscoso
también ocurre [2]. En este caso se espera la presencia de la "inestabilidad de firehose". En este proyecto
usaremos simulaciones de plasmas para estudiar la posibilidad de que la inestabilidad de firehose acelere
partículas. La investigación se centrará en el caso de plasmas de pares (electrón-positrón), y tendrá
aplicaciones posibles al caso de las nebulosas de pulsares [3].
(Se adjunta imagen compuesta de la nebulosa del pulsar "cangrejo" en 5 bandas: radio, infrarojo, óptico,
ultravioleta, y rayos X)
Referencias:
[1] Riquelme, M., Osorio, A., Quataert, E., 2017, arXiv:1708.07254
[2] Riquelme, M., Quataert, E., Verscharen, D., 2017, arXiv:1708.03926
[3] Amato, E., 2014, arXiv:1312.5945
FM01: “Caracterizacion de Aisladores Topologicos”
Encargado: Francisco Muñoz
En esta práctica se estudiaran modelos tipo tight-binding [1]con una estructura topologica no trivial. Luego se
buscaran descriptores para su caracterizacion en en espacio real. Dependiendo de los conocimientos previos
del practicante se elegira un problema apropiado para que se familarice con el area. Idealmente, el tema estará
relacionado con semi-metales de Weyl.[2]
Referencias:
[1]Haldane, F. Duncan M. "Model for a quantum Hall effect without Landau levels: Condensed-matter
realization of the" parity anomaly"." Physical Review Letters 61.18 (1988): 2015.
[2]Singh, Sobhit, et al. "Prediction and control of spin polarization in a Weyl semimetallic phase of BiSb."
Physical Review B 94.16 (2016): 161116
FM02: “Hetero-estructuras 2D” Encargado: Francisco Munoz
Existe una gran variedad de estructuras en capas 2D [1], como el grafeno. Estas capas se pueden apilar -
mediante interacciones de Van der Waals- de modo de producir sistemas nuevos, por ejemplo en la figura [2],
se forma un sistema de grapheno (azul) ópticamente activo. Las capas de grafeno se separan por un aislador y
la capa inferior de grapheno tiene un campo eléctrico permanente debido a la capa de MoS2 (Blanco y café),
esto separa las cargas creadas por un fotón incidente
En esta práctica, mediante cálculos de teoria funcional de la densidad se estudiará las estructuras de bandas de
este tipo de sistemas
Referencias:
[1]Geim, Andre K., and Irina V. Grigorieva. "Van der Waals heterostructures." arXiv preprint
arXiv:1307.6718 (2013).
[2]Novoselov, Konstantin S., et al. "A roadmap for graphene." nature 490.7419 (2012): 192-200.
LF01: "Topological tricks for smarter materials" Encargado: Luis E. F. Foa Torres Hace más de 30 años, el descubrimiento de la cuantización exacta de la conductancia Hall en
condiciones extremas de bajas temperaturas y altos campos magnéticos (el efecto Hall cuántico entero) abrió las puertas para el estudio de un nuevo tipo de orden [1]. Veintisiete años más tarde, predicciones teóricas llevaron al descubrimiento de propiedades similares sin necesidad de un campo magnético, como una propiedad intrínseca de un material [2]. Esto fue el origen de lo que hoy conocemos como aislantes topológicos [3], una nueva fase de la materia que desafía la clasificación usada hasta entonces en metales, aislantes y semiconductores. La propuesta para esta práctica tiene dos partes, por un lado revisar los hitos salientes de la teoría de aislantes topológicos mediante simulaciones numéricas, y por el otro elegir un problema específico menos explorado para estudiarlo con las herramientas aprendidas en la primera parte. Posibles problemas específicos incluyen: estudiar el efecto de diferentes tipos de desorden en la conductancia
de estos sistemas; estudiar nuevas posibilidades para controlar las corrientes (de carga, valle, spin) en estos sistemas. Se requiere una fuerte motivación, muy buen manejo de Mecánica Cuántica y elementos de Física del Sólido. Más información sobre nuestro trabajo en [4]. Referencias: [1] von Klitzing, Dorda, and Pepper, Phys. Rev. Lett. 45, 494 (1980). [2] König et al., Science 318, 766 (2007). [3] Hasan and Kane Rev. Mod. Phys. 82, 3045 (2010). [4] http://www.foatorres.com/research/