Doctorado en Física
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Item Nonadiabatic dynamics in open quantum systems excited by coherent and incoherent light sources(Universidad Industrial de Santander, 2021) Calderón Mantilla, Leonardo Fabián; Mikhailov, Ilia Davidovich; Pachón Contreras, Leonardo AugustoHace más de una década, las oscilaciones coherentes en los espectros no lineales de complejos fotosintéticos captadores de luz suscitaron un intenso debate sobre la existencia de efectos cuánticos no triviales enreacciones biológicas inducidas por luz. Las evidencias experimentales y teóricas señalan el papel crucial de los modos vibracionales intramoleculares resonantes con brechas energéticas de estados excitónicos en la interpretación delas coherencias de larga duración observadas en los espectros bidimensionales de algunos complejos naturales y sintéticos de captación de luz. Para el caso de iluminación por luz (solar) natural incoherente, en esta tesis se analizóla relevancia de estos modos vibracionales intramoleculares en dímeros vibrónicos recolectores de luz. El análisis dela dinámica de la matriz de densidad revela que la inclusión de modos vibracionales intramoleculares refuerza hastaun orden de magnitud la coherencia en la base de excitones, y puede aumentar las poblaciones de estados de excitones individuales de menor energía, así como las poblaciones y coherencias en la base de sitios. En claro contrastecon el caso de la preparación del estado inicial por fuentes de luz coherentes (láser), el estado térmico inicial de losmodos vibracionales locales y del modo vibracional anticorrelacionado evoluciona sin correlaciones no clásicas. Estose confirma por la ausencia de valores negativos en su distribución de cuasi-probabilidad en el espacio de fase paratodo tiempo. Por lo tanto, el transporte de energía en los complejos recolectores de luz en condiciones de iluminaciónnatural no es impulsado por procesos vibracionales intramoleculares no clásicos.Item Diseño y calibración de un telescopio de muones híbrido para estudios vulcanológicos(Universidad Industrial de Santander, 2021) Peña Rodríguez, Jesús; Nuñez De Villavicencio Martínez, Luis Alberto; Asorey, Hernán GonzaloEl MuTe es un telescopio de muones híbrido diseñado para realizar inspección deestructuras volcánicas mediante la técnica de muografía en Colombia. Esta tesis muestra el desa- rrollo del sistema electrónico de detección de Mute y su calibración. El instrumento se basa en la combinación de un hodoscopio de centelleo y un detector Cherenkovde agua. El hodoscopio se conforma de dos paneles centelladores de 900 píxeles que miden el flujode partículas en 3481 direcciones con una resolución hasta de 32 mrad. El detector Cherenkov,compuesto de 1.7 m3 de agua y un fotomultiplicador de 8 pulgadas, mide la energía depositadade las partículas que cruzan el MuTe. Su rango de medición es de 50 MeV hasta 1.5 GeV con unaresolución de 0.72 MeV. La medición del tiempo de vuelo de las partículas permite estimar sumomento. El MuTe reduce las principales fuentes de ruido que afectan la muografía combinandolas mediciones de energía depositada, tiempo de vuelo y momento. Las fuentes de fondo se generanpor muones de baja energía que sufren de dispersión múltiple, la componente electromagnética delluvias aéreas extensas, partículas múltiples que impactan el detector simultáneamente y partículas de trayectoria inversa.Item Espectroscopia de capacitancia electroquímica en la determinación de la afinidad de interacción de fármacos antimitóticos con b-tubulina(Universidad Industrial de Santander, 2021) Corzo Mantilla, Sandra Patricia; Miranda Mercado, David Alejandro; Bueno, Paulo RobertoSe diseñó, implementó y evaluó un sensor para cuantificar la interacción de fármacos antimitóticos con 3-Tubulina, basado en la determinación experimental de la dureza química porEspectroscopia de Capacitancia Electroquímica (ECE). El sensor desarrollado utiliza como receptor 8-Tubulina inmovilizada en una monocapa mixta de 11ferrocenil-1-undecanotiol y ácido 16-Mercaptohexadecanoico autoensamblada sobre un sustrato deoro, el cual funciona como electrodo de trabajo en una celda electroquímica de tres puntas, juntocon un electrodo de referencia de 4g/4gC!1 3 [M] y un contraelectrodo de platino. La evaluación delsensor se llevó a cabo midiendo el espectro de capacitancia electroquímica con diferentes concentraciones de tres fármacos antimitóticos ampliamente utilizados en el tratamiento de cáncer: Paclitaxel,Docetaxel y Epotilona B. La dureza química se obtuvo como el inverso de la distancia entre los cortescon las abscisas del las gráficas de Nyquist de capacitancia. Los datos obtenidos se parametrizaron, graficaron y analizaron por medio de algoritmos desarrollados en lenguaje Python y organizadosen un Jupyter Notebook. Se calibró el sensor por medio de curvas analíticas construidas por dosmétodos diferentes, para el primero se utilizó la dureza química y para el segundo, se definió la dureza química efectiva, con la cual, se logró reducir la dependencia de la medida del sensor de lascondiciones de la superficie de interacción, mejorando su capacidad de detección. Se estimó la afinidad 5-Tubulina - fármaco por medio de las isotermas de Freundlich. Los valores obtenidos para laconstante de Freundlich están en el rango 28.20 [nM] < Ky < 57.93 [nM]. Se obtuvieron límites de detección LOD y cuantificación LOQ menores a 30 [nM] y 97 [nM] respectivamente.Item Dinámica de la polarización y la coherencia de fuentes de luz parcialmente polarizadas sobre la esfera de Poincaré(Universidad Industrial de Santander, 2021) Salazar Ariza, Karel Vianney; Torres Amarís, Rafael ÁngelLa descripción matemática de la polarización de la luz está basada en el método de la matriz decoherencia-polarización, los parámetros de Stokes, el vector de Jones, los cuaterniones de Pellat-Finet y el métodográfico de la esfera de Poincaré. Recientemente, se ha introducido una nueva metodología para caracterizar la polarización, en función de las auto-correlaciones de los parámetros de Stokes, las cuales permiten obtener informaciónadicional respecto a los parámetros de Stokes o la matriz de polarización. Este método puede diferenciar entre dosfuentes de luz con el mismo grado de polarización, pero con dinámica de polarización diferente, es decir, con diferentes estadísticas. La esfera de Poincaré es muy útil en el caso de fuentes de luz totalmente polarizadas, ya quepermite una representación gráfica de los estados de polarización y sus transformaciones como se demuestra en estainvestigación con la formulación de la Ley de los birrefringentes lineales. Además, tanto el método de Stokes-Muellercomo los cuaterniones de Pellat-Finet constituyen un método algebraico adaptado a esta representación, lo que incrementa el interés de ésta. Por lo tanto, en esta tesis se explora una nueva metodología basada en el estudio estadísticode la polarización a través de la evolución temporal de los estados de polarización sobre la esfera de Poincaré. Estosestados son descritos mediante distribuciones de densidad de probabilidad de estados de polarización sobre la esferade Poincaré, lo cual permite caracterizar las fuentes de luz parcialmente polarizada por medio de parámetros que seacoplan con el método gráfico de la esfera de Poincaré. De ahí, que se implementó la distribución de von Mises-Fisherpara el estudio de dichas fuentes, permitiendo encontrar una relación entre el grado de polarización y los parámetrosde Stokes normalizados con los parámetros de la distribución de von Mises-Fisher. Estos resultados se generalizaron através de la distribución de Kent sobre la esfera de Poincaré, logrando estudiar las correlaciones del vector de Stokes,y así obteniendo una expresión general para el grado de correlación que incluyen tanto las auto-correlaciones comolas correlaciones cruzadas entre las componentes del vector de Stokes sobre la esfera de Poincaré. Todos estos resultados conllevan a demostrar la importancia de implementar el uso de las distribuciones de densidad de probabilidadsobre la esfera de Poincaré para describir la fluctuación del estado de polarización, así como la medición del grado decorrelación entre las componentes de vector de Stokes logrando una caracterización completa de las fluctuaciones delestado de polarización propia de cada fuente de luz.Item Propagación de ondas magnetohidrodinámicas en la atmósfera solar(Universidad Industrial de Santander, 2020) Navarro Noguera, Anamaría; Lora Clavijo, Fabio Duván; González Villegas, Guillermo AlfonsoUno de los problemas mas importantes en la física solar consiste en explicar el calentamiento de la última capa de su atmósfera, la corona solar. En este contexto es de gran utilidad el estudio de los posibles mecanismos que puedan suministrar energía desde la base de la atmósfera hacia capas superiores. Una manera de estudiar estos procesos es a través de simulaciones numéricas que modelen distintas dinámicas del plasma de la atmósfera solar, usualmente con códigos que resuelvan las ecuaciones de la magnetohidrodinámica. Esto ha impulsado la creación de distintos códigos que resuelvan este complejo sistema de ecuaciones no lineales. Por otra parte, para estudiar el transporte de energía en el contexto del problema del calentamiento de la corona es necesario considerar el efecto de procesos disipativos, los cuales agregan algunas dificultades adicionales al aplicar los métodos numéricos tradicionales. Por estas razones en esta tesis doctoral se construyó el código MAGNUS, para incluir en las ecuaciones de la magnetohodrodinámica la influencia de los efectos de disipación de energía relacionados con la resistividad y el flujo de calor. La eficiencia del código se comprobó por medio de la reproducción de distintas pruebas. Unas en el régimen ideal, otras para comprobar la implementación de la resistividad y el flujo de calor de manera independiente. Se estudiaron dos mecanismos que tienen relevancia dentro del contexto de la resolución del problema del calentamiento de la corona, pues ambos aumentan el flujo de energía hacia las capas superiores de la atmósfera solar. El primer mecanismo corresponde a la emergencia de un blob de plasma en la cromosfera el cual es generado por los movimientos convectivos de granulación. Dicho blob magnético emerge desde la zona convectiva y se reconecta con las líneas de campo magnético del ambiente, en este proceso ocurre una transformación entre la energía magnética del sistema y la energías interna y cinética, y como resultado se produce una eyección de plasma caliente hacia las capas superiores en forma de jet. Se produce a su vez un notable incremento en la temperatura de la atmósfera y además el flujo de energía hacia las capas superiores se encuentra dentro del rango esperado por los modelos teóricos de balance de energía en la atmósfera solar. El segundo mecanismo analizado en la tesis consiste en determinar los efectos de la conducción térmica en la producción de tadpole jets cromosféricos, estos son jets fuertemente energéticos recientemente descubiertos alrededor de un bucle coronal. Por medio de simulaciones numéricas en las que se incluyeron los efectos del flujo de calor, se encuentra que la conducción térmica en la zona de transición suministra energía y masa a estos jets aumentando también la magnitud del flujo de energía que transportan hacia la corona, modificando a su vez la morfología de estos, colimándola y aumentando su velocidad de propagación.Item Discos de acreación con magnetización alrededor de aguajeros negros de Kerr(Universidad Industrial de Santander, 2020) Pimentel Díaz, Oscar Mauricio; González Villegas, Guillermo Alfonso; Lora Clavijo, Fabio DuvánEn la descripción magneto-hidrodinámica de sistemas astrofísicos usualmente se asume que los campos magnéticos son generados por corrientes de conducción. Sin embargo, la polarización magnética de la materia puede ser relevante en sistemas magnéticamente dominantes como discos de acreción, pulsares, magnetares, entre otros. En esta tesis se presenta por primera vez el sistema de ecuaciones conservativas de la GRMHD con polarización magnética y se calcula su estructura de valores propios. Estos resultados se implementan en el código CAFE para simular choques unidimensionales e inestabilidades de Kelvin-Helmholtz en fluidos diamagnéticos y paramagnéticos. Por otro lado, se presentan las primeras soluciones analíticas de discos de acreción magnéticamente polarizados alrededor de un agujero negro de Kerr, los cuales se evolucionan con el código Cosmos++ para estudiar su proceso de acreción. El estudio teórico y numérico realizado en este trabajo sobre la propagación de ondas y generación de inestabilidades en plasmas magnéticamente polarizados muestra que en fluidos diamagnéticos las ondas más rápidas se propagan con mayor velocidad que en fluidos paramagnéticos. Sin embargo, el estado inicial de plasmas paramagnéticos es más susceptible a formación de inestabilidades magneto-rotacionales y del tipo Kelvin-Helmholtz, y por lo tanto, a la amplificación de la energía magnética. Esto produce niveles de turbulencia magnética en procesos de acreción que podrían explicar la discrepancia actual entre simulaciones y observaciones de núcleos activos de galaxias.Item Propiedades multifuncionales inducidas por la quiralidad en materiales cristalinos(Universidad Industrial de Santander, 2023-10-20) Torres Amaris, Daniel David; Davidovich Mikhailov, Ilia; García Castro, Andrés Camilo; García Vergniory, Maia; Sodemann Villadiego, Inti; Miranda Mercado, David Alejandro; Beltrán Ríos, Carlos Leonardo; Páez González, Carlos JoséEn física de la materia condensada y ciencia de los materiales, un compuesto en el que coexisten múltiples propiedades físicas acopladas se conoce como un material multifuncional. Este tipo de compuestos ha llamado mucho la atención debido a la posibilidad que plantean de controlar con precisión una propiedad mediante la interacción con otra. Por lo tanto, dichos materiales que integran y acoplan dos o más propiedades relacionadas con la ferroelectricidad, el magnetismo, el control de espín y la respuesta óptica, entre otras, son candidatos potenciales para aplicaciones modernas. Algunas de las áreas donde los materiales multifuncionales tienen el mayor impacto son los dispositivos de recolección, transmisión y almacenamiento de energía. Un área importante que se investiga activamente está relacionada con la mejora de la eficiencia y la reducción del tamaño de dispositivos electrónicos, junto con la reducción de su impacto en el medio ambiente. Por ejemplo, los dispositivos de control de luz capaces de control de espín, basados en semiconductores ferroeléctricos Rashba (FERSC), se están investigando activamente debido a su potencial en espintrónica y espín-orbitrónica. Las simetrías del sistema, así como su estructura electrónica, son claves para el desarrollo de las propiedades físicas de los materiales. Más precisamente, la ausencia de ciertas simetrías permite ciertas propiedades; por ejemplo, la ferroelectricidad se permite al romper la simetría de inversión (IS, por sus siglas en inglés), mientras que la ruptura de la simetría de inversión temporal (TRS, por sus siglas en inglés) es la fuente del ferromagnetismo. Además, siempre que se rompa una de estas simetrías se permiten estructuras quirales, conocidas como nodos de Weyl, dentro de la estructura de bandas electrónicas. Tales estructuras son soluciones de la ecuación de Weyl y se asemejan a las cuasipartículas quirales sin masa de Weyl. Los compuestos BiSb y TaAs son ejemplos de cristales en los que se obtienen fermiones de Weyl al romper el IS en un sistema con un fuerte acoplamiento espín-órbita. Por otro lado, los ordenamientos magnéticos no colineales relacionados con la ruptura de TRS en antiferromagnetos, como YbMnBi2, también pueden desencadenar la existencia de nodos de Weyl. En particular, romper IS y TRS simultáneamente permite, junto con los nodos de Weyl, un comportamiento multiferroico/magnetoeléctrico donde coexisten propiedades ferroeléctricas y magnéticas. Por lo tanto, romper IS, TRS o ambos establece las condiciones requeridas para la existencia de fermiones de Weyl y propiedades físicas útiles. Además de existir en los nodos de Weyl, la quiralidad se observa en varios ámbitos. La asimetría quiral se encuentra desde partículas subatómicas hasta galaxias, pasando por moléculas, cristales y objetos cotidianos como zapatos. Una forma de reconocer objetos quirales es mediante la imposibilidad de superponerlos en su imagen especular. Un ejemplo del efecto de quiralidad se observa en las moléculas quirales (enantiómeros), que muestran diferentes manifestaciones en propiedades como su sabor, olor, efectividad y seguridad de los medicamentos, entre otras, dependiendo de su lateralidad. Otro ejemplo de quiralidad se observa en antiferromagnetos no colineales, cuya quiralidad puede ser escalar o vectorial, dependiendo de la naturaleza coplanar o no coplanar de los momentos magnéticos que estos presenten. Adicionalmente, existen cristales con grupos espaciales de simetría quiral, como los cristales quirales de teluro puro, que cristalizan en grupos de simetría quiral a derecha e izquierda; Cada uno de los cuales muestra una estructura de espín característica. En tal caso, la quiralidad está fuertemente entrelazada con la estructura electrónica e iónica, dando como resultado propiedades únicas e interesantes como la conductividad anómala de Hall, el efecto fotogalvánico, el efecto anómalo de Nernst, la magnetorresistencia gigante y la superconductividad, entre otras. Se ha demostrado un control preciso de la polarización y la propagación de la luz en la materia quiral enantioselectiva y la interacción de la luz quiral en enantiómeros magnéticos orientados aleatoriamente débilmente interactúantes. Por lo tanto, las condiciones de simetría quiral aparecen como un candidato atractivo para ser la clave para desbloquear y descubrir nuevas propiedades físicas en los sistemas de estado sólido. Este trabajo se concentra en el efecto de la quiralidad en dos escenarios diferentes: primero, en antiferromagnetos quirales no colineales y segundo, en cristales con grupo espacial quiral. En la primera parte, se estudió la interacción entre el magnetismo y la quiralidad en antiperovskitas antiferromagneticas no colineales a base de manganeso y nitruro, Mn3BN (con B un metal de transición). Debido al ordenamiento magnético triangular frustrado sobre su red de kagome formada por los átomos de Mn a lo largo del plano (111), estos compuestos son la plataforma ideal para estudiar el magnetismo y la quiralidad. En este caso, la quiralidad vectorial es inducida por la configuración magnética no colineal, y el acoplamiento espín-órbita es mejorado por el metal de transición B. Los datos obtenidos tras las sustituciones sucesivas B = Ni, Pd, Pt sugirieron una dependencia entre la conductividad anómala de Hall y el acoplamiento espín-órbita. Adicionalmente, resaltaron la importancia de un correcto modelado de las correlaciones electrónicas de la mano de la propiedades estructurales. La dispersión de fonones de Mn3NiN indicó una sensibilidad del compuesto al volumen de la estructura. Señnalando así las deformaciones de compresión y tensión como mecanismo de control sobre las propiedades físicas presentes en este compuesto. La caracterización de la conductividad anómala de Hall en función de la deformación en Mn3NiN, dio como resultado una relación no lineal y no monótona. Adicionalmente, se encontró una mejora de la conductividad anómala de Hall con la compresión, mientras que se produjo una rápida reducción de esta propiedad de transporte bajo tensión de tracción; lo anterior, en el rango de pequeñnas deformaciones. Finalmente, se concluyó que la conductividad anómala de Hall surge de la curvatura de Berry en el plano (111). La segunda parte consistió en la búsqueda de un cristal de grupo espacial quiral con magnetismo. Durante esta fase, se encontró el compuesto ternario LaBPt2, el cual se vuelve ferromagnético al sustituir el sitio de lantano por el lantánido magnético neodimio, dando como resultado NdBPt2. Los resultados indicaron un fuerte dominio del magnetismo quiral sobre la conductividad anómala de Hall, mientras que el efecto de la quiralidad cristalina mostró poca inferencia en dicha propiedad.Item Piezoelectricidad en pasta de cemento con adición de nanopartículas de oro y materiales carbonosos: Posible aplicación en electrónica de baja potencia(Universidad Industrial de Santander, 2023-07-14) Triana Camacho, Daniel Andrés; Quintero Orozco, Jorge Hernán; García Sánchez, Felipe; Restrepo Parra, Elisabeth; Delvasto Angarita, Pedro Luis; Cruz Hernández, Ricardo Alfredo; Beltrán Ríos, Carlos LeonardoLa piezorresistividad es el principio de detección más utilizado en compuestos a base de cemento para aplicaciones de monitoreo estructural. No obstante, la necesidad de alimentación eléctrica para realizar mediciones de resistividad eléctrica restringe la escalabilidad de esta tecnología, especialmente cuando se implementa en estructuras remotas. Para abordar este problema, esta tesis analiza minuciosamente las propiedades eléctricas en corriente alterna, piezorresistividad y piezoelectricidad de compuestos de cemento dopados con nanopartículas de oro, nanotubos de carbono (NTC) multicapa y óxido de grafeno reducido (rGO), y evalúa su potencial uso como sensor de deformación autoalimentado. Aquí, se propone y aplica una metodología integral que involucra espectroscopia de impedancia eléctrica, determinación de potencial de circuito abierto, voltamperometría cíclica y mediciones de esfuerzo-deformación a muestras de laboratorio fabricadas siguiendo diferentes métodos de fabricación según el tipo de inclusión. Además, se desarrollan y validan experimentalmente nuevos modelos para el procesamiento de señales de las respuestas de impedancia eléctrica y electromecánica. Los resultados demuestran que el compuesto de nanopartículas de oro-cemento tiene una importante respuesta piezoeléctrica (57 veces con respecto a las muestras de referencia) en lugar de una respuesta piezoresistiva (su cambio fraccional de la resistencia (FCR) fue inferior al 10 %). Además, los resultados muestran una disminución del 91% en sus propiedades mecánicas para este compuesto de cemento. No obstante, la reducción de sus propiedades mecánicas es similar a la que se produce por cambios en la relación agua/cemento o por la reacción de hidratación, inhabilitando este tipo de compuesto cementicio en la fabricación de estructuras de ingeniería civil. Por otro lado, los resultados de los compuestos basados en cemento-NTC demuestran la eficiencia del modelo en base a medio efectivo, describiendo su respuesta en corriente alterna independientemente del agente dispersante utilizado para elaborar las muestras. Y, con respecto a los compuestos de cemento-rGO, los resultados presentados evidencian que las muestras preparadas por dispersión en una limpiadora ultrasónica logran propiedades óptimas, con coeficientes de carga piezoeléctrica aproximadamente 47 veces mayores que los compuestos previamente reportados en la literatura.Item Estudio teórico-experimental de las propiedades interfaciales de materiales basados en óxido de grafeno en sistemas de agua y aceite(Universidad Industrial de Santander, 2023-05-03) Arenas Blanco, Brayan Alberto; Mejía Ospino, Enrique; Cabanzo Hernández, Rafael; Percebom, Ana María; García García, Alejandra; Ariza Calderón, Hernando; Mercado Ojeda, Ronald Alfonso; Quintero Orozco, Jorge HernánEn esta investigación, se desarrolló una metodología experimental y computacional para el estudio de la actividad interfacial del Óxido de Grafeno (GO) y Óxido de Grafeno amino modificado en sistemas de agua y tolueno. Las etapas para el desarrollo de la parte experimental fueron las siguientes: 1) Síntesis de GO por exfoliación química de grafito por el método modificado de Hummers, 2) Funcionalización in situ del GO con n-propilamina (GO@3C) y n-dodecilamina (GO@12C), 3) Caracterización de los materiales obtenidos por las técnicas espectroscópicas FTIR, espectroscopia Raman, espectroscopia de fotoelectrones de rayos X, Difracción de rayos X y Microscopia Electrónica de Barrido, 4) Medición de la tensión interfacial por el método de la gota colgante para los sistemas Agua/Tolueno/Material y, por último, 5) Medición del ángulo de contacto entre el agua y nanomaterial mediante el método de la gota sésil. Los resultados obtenidos de los análisis espectroscópicos confirmaron la funcionalización covalente del GO con las alquilaminas. Las medidas realizadas por el método de la gota colgante y la gota sésil permitieron determinar el efecto de la modificación estructural del GO sobre las propiedades interfaciales del sistema Agua/Tolueno, disminuyendo la tensión interfacial del sistema en función de la concentración de acuerdo con la regla de Traube y aumentando la hidrofobicidad del GO a medida que la longitud de la cadena alifática de la alquilamina crece. Para la parte computacional, se realizaron simulaciones por Dinámica Molecular utilizando el software LAMMPS. La tensión interfacial del sistema Agua/Tolueno fue calculada mediante la teoría de Kirkwood-Buff, variando el número de hojas y longitud de cadena alifática del GO. Los cálculos de ángulo de contacto fueron realizados mediante la obtención del perfil de densidad de una gota de agua depositada sobre la superficie de cada material para un rango de longitudes de cadena alifática desde uno hasta 12 átomos de carbono. Los cálculos de tensión interfacial mostraron que el GO amino modificado tiende a disminuir la tensión interfacial del sistema cuando las longitudes de las cadenas alifáticas son largas y cuando el número de hojas aumenta. Finalmente, las medidas de ángulo de contacto entre el agua y la superficie del material mostraron que la hidrofilicidad del GO decrece a medida que la longitud de cadena alifática y el porcentaje de funcionalización aumenta.Item Desarrollo de un detector de anomalías celulares asociadas al cáncer(Universidad Industrial de Santander, 2023-03-13) Bertel Garay, Linda Esperanza; Miranda Mercado, David Alejandro; Ospina Ospina, Rogelio; García-Martín, José Miguel; Castillo León, Jaime Alberto; Bueno, Paulo Roberto; Castillo León, John Jairo; García Castro, Andrés Camilo; Páez González, Carlos JoséLa sobre-expresión de receptores de folato en la superficie celular está relacionada con una anomalía asociada al cáncer epitelial. En este sentido, se desarrolló un detector capacitivo que utiliza el ácido fólico como elemento de bio-reconocimiento para la detección de receptores de folato. El detector consiste principalmente en una película delgada de TiO2-WO3 conjugada al ácido fólico, que funciona como electrodo de trabajo en una configuración de celda electroquímica de tres electrodos, junto con un electrodo de referencia de Ag/AgCl [3M] y un contraelectrodo de oro. Las interacciones entre el detector y el receptor de folato fueron estudiadas por medio de la determinación de la capacitancia electroquímica. La película delgada de TiO2-WO3 se fabricó mediante el método de deposición por láser pulsado y posteriormente, se funcionalizó con ácido fólico. La caracterización de la película antes y después de la funcionalización se realizó por medio de AFM, XPS, Raman y ángulo de contacto. Los ensayos de reconocimiento de receptores de folato usando el detector fabricado mostraron que la señal de respuesta del detector, la dureza química (en términos de la capacitancia electroquímica), es selectiva y directamente proporcional a la concentración de receptores de folato, con un límite de detección de 0.2 nM. Este resultado es prometedor en la aplicación de este tipo de detector para el reconocimiento de receptores de folato, especialmente para análisis en el sitio de cuidado.Item Sistema óptico-computacional para la estimación de la información espectral y de profundidad de una escena mediante el uso de la teoría de muestreo compresivo(Universidad Industrial de Santander, 2022-11-10) Márquez Castellanos, Miguel Ángel; Argüello Fuentes, Henry; Rueda Chacón, Hoover; Ramírez Rondón, Juan Marcos; Marrugo, Andrés; Meneses Fonseca, Jaime Enrique; Pertuz Arroyo, Said David; Torres Moreno, YezidEsta tesis doctoral propone diseñar, simular, desarrollar e implementar un sistema CoSDI eficiente y robusto capaz de registrar la información de profundidad espectral de las escenas, haciendo uso de un único detector. Específicamente, el paradigma de detección de imágenes espectrales instantáneas de apertura codificada (CASSI, por sus siglas en inglés) se estudia como base para transferir muchas propiedades ventajosas integradas en sus modelos matemáticos a sistemas de imágenes de profundidad. Este primer estudio condujo al desarrollo de un sistema CASSI basado en información lateral que depende de un solo sensor de imagen, denominado información lateral virtual CASSI (CASSI-VSI). Este nuevo generador de imágenes está inspirado en un interferómetro de doble trayectoria, donde el brazo del haz de muestra corresponde al frente de onda codificado-y-disperso (CaD, de sus siglas en inglés) [denominado medición CASSI] y el trayecto de referencia al frente de onda codificado espacialmente. El estudio y contribución en el marco de imágenes espectrales de compresión, permitio la extrapolación de la geometría de detecciín de CaD a tres técnicas tradicionales de imágenes de profundidad: profundidad desde el desenfoque, campo de luz y luz estructurada. En consecuencia, desarrollaremos cuatro sistemas CoSDI basados en CaD de sensor único que permiten realizar tareas de codificación y decodificación en cubos de datos de cuatro dimensiones. Además, como componente indispensable en CoSDI, se proponen cuatro métodos avanzados de reconstrucción de imágenes inspirados en los paradigmas matemáticos: método de dirección alterna de multiplicadores (ADMM), ADMM basado en tensores, ADMM plug-and-play, y red neuronal convolucional basada en ADMM.Item Geodésicas en el espacio-tiempo de materia oscura autogravitante y su aplicación a la dinámica estelar alrededor del centro Galáctico(Universidad Industrial de Santander, 2022-03-30) Becerra Vergara, Eduar Antonio; González Villegas, Guillermo Alfonso; Rueda Hernández, Jorge Armando; Becerra Bayona, Laura Marcela; Matos, Tonatiuh; Guzmán Murillo, Francisco Shidartha; Makler, Martin; Olivares Sánchez, Héctor Raúl; Lora Clavijo, Fabio DuvánEl movimiento de las estrellas alrededor del centro Galáctico muestra que el potencial gravitacional esta dominado por una fuente central de aproximadamente 4×10^6 M⊙, llamada Sagitario A* (Sgr-A*). Este objeto compacto es tradicionalmente asumido como un agujero negro (BH) masivo a pesar de que no existe una prueba unívoca de su presencia. Particularmente importante para la hipótesis del BH, y para cualquier modelo alternativo, es la predicción y explicación de la dinámica orbital de las estrellas más cercanas a Sgr-A*, denominadas estrellas S, principalmente el ajuste de los datos astrométricos de la estrella S2. Otro objeto relevante es G2, cuyos datos de observación más recientes desafían al escenario de un BH: su velocidad radial pospericentro es menor a la esperada para una órbita kepleriana alrededor del hipotético BH masivo. Como alternativa al escenario de un BH central, se propone un escenario que identifica la naturaleza del objeto compacto supermasivo como un núcleo denso de materia oscura (DM) compuesto de fermiones. Esta concentración de DM es predicha por el perfil núcleo denso - halo diluido obtenido a partir del modelo relativista de materia oscura Ruffini-Argüelles-Rueda (RAR), que también se ajusta con precisión a las curvas de rotación del halo Galáctico. Acá demostramos que el potencial gravitacional exclusivo de tal perfil de DM, para una masa de fermiones de 56 keV, explica: (i) todos los datos disponibles de la órbita y velocidad radial de S2, así como su corrimiento al rojo y la precesión relativista de su periapsis; (ii) los datos actualmente disponibles sobre la órbita y la velocidad de G2, incluido la desaceleración del pasaje pospericentro sin introducir una fuerza de arrastre u otros agentes externos, es decir, su movimiento es puramente geodésico; y (iii) todos los datos observacionales disponibles (posición y velocidad) de las 17 estrellas mejor resueltas que orbitan alrededor de Sgr-A*.Item Diseño y calibración de un telescopio de muones híbrido para estudios vulcanológicos(Universidad Industrial de Santander, 2021) Peña Rodríguez, Jesús; Núñez de Villavicencio Martínez, Luis Alberto; Asorey, Hernán Gonzalo; Ocariz, José; Menchaca Rocha, Arturo; Ávila Bernal, Carlos Arturo; Miranda Mercado, David Alejandro; Meneses Fonseca, Jaime EnriqueEl MuTe es un telescopio de muones híbrido diseñado para realizar inspección de estructuras volcánicas mediante la técnica de muografía en Colombia. Esta tesis muestra el desa-rrollo del sistema electrónico de detección de Mute y su calibración. El instrumento se basa en la combinación de un hodoscopio de centelleo y un detector Cherenkov de agua. El hodoscopio se conforma de dos paneles centelladores de 900 píxeles que miden el flujo de partículas en 3481 direcciones con una resolución hasta de 32 mrad. El detector Cherenkov, compuesto de 1.7 m3 de agua y un fotomultiplicador de 8 pulgadas, mide la energía depositada de las partículas que cruzan el MuTe. Su rango de medición es de 50 MeV hasta 1.5 GeV con una resolución de 0.72 MeV. La medición del tiempo de vuelo de las partículas permite estimar su momento. El MuTe reduce las principales fuentes de ruido que afectan la muografía combinando las mediciones de energía depositada, tiempo de vuelo y momento. Las fuentes de fondo se generan por muones de baja energía que sufren de dispersión múltiple, la componente electromagnética de lluvias aéreas extensas, partículas múltiples que impactan el detector simultáneamente y partículas de trayectoria inversa.Item Espectroscopia de capacitancia electroquímica en la determinación de la afinidad de interacción de fármacos antimitóticos con β-Tubulina(Universidad Industrial de Santander, 2021) Corzo Mantilla, Sandra Patricia; Miranda Mercado, David Alejandro; Bueno, Paulo Roberto; Frontana Vázquez, Carlos Eduardo; Sharifker, Benjamín; Vera López, Enrique; Castillo León, John Jairo; Mejía Ospino, EnriqueSe diseñó, implementó y evaluó un sensor para cuantificar la interacción de fármacos antimitóticos con β-Tubulina, basado en la determinación experimental de la dureza química por Espectroscopia de Capacitancia Electroquímica (ECE). El sensor desarrollado utiliza como receptor β-Tubulina inmovilizada en una monocapa mixta de 11- ferrocenil-1-undecanotiol y ácido 16-Mercaptohexadecanoico autoensamblada sobre un sustrato de oro, el cual funciona como electrodo de trabajo en una celda electroquímica de tres puntas, junto con un electrodo de referencia de Ag/AgCl 3 [M ] y un contraelectrodo de platino. La evaluación del sensor se llevó a cabo midiendo el espectro de capacitancia electroquímica con diferentes concentra- ciones de tres fármacos antimitóticos ampliamente utilizados en el tratamiento de cáncer: Paclitaxel, Docetaxel y Epotilona B. La dureza química se obtuvo como el inverso de la distancia entre los cortes con las abscisas del las gráficas de Nyquist de capacitancia. Los datos obtenidos se parametrizaron, graficaron y analizaron por medio de algoritmos desarrollados en lenguaje Python y organizados en un Jupyter Notebook. Se calibró el sensor por medio de curvas analíticas construidas por dos métodos diferentes, para el primero se utilizó la dureza química y para el segundo, se definió la dureza química efectiva, con la cual, se logró reducir la dependencia de la medida del sensor de las condiciones de la superficie de interacción, mejorando su capacidad de detección. Se estimó la afinidad β-Tubulina - fármaco por medio de las isotermas de Freundlich. Los valores obtenidos para la constante de Freundlich están en el rango 28.20 [nM ] ≤ Kf ≤ 57.93 [nM ]. Se obtuvieron límites de detección LOD y cuantificación LOQ menores a 30 [nM ] y 97 [nM ] respectivamente.Item Discos de acreción con magnetización alrededor de agujeros negros de Kerr(Universidad Industrial de Santander, 2020) Pimentel Díaz, Óscar Mauricio; González Villegas, Guillermo Alfonso; Lora Clavijo, Fabio Duván; Font Roda, José Antonio; García Martínez, Javier; Rodríguez García, Yeinzon; Núñez de Villavicencio Martínez, Luis Alberto; Rago Albujas, Héctor EnriqueEn la descripción magneto-hidrodinámica de sistemas astrofísicos usualmente se asume que los campos magnéticos son generados por corrientes de conducción. Sin embargo, la polarización magnética de la materia puede ser relevante en sistemas magnéticamente dominantes como discos de acreción, pulsares, magnetares, entre otros. En esta tesis se presenta por primera vez el sistema de ecuaciones conservativas de la GRMHD con polarización magnética y se calcula su estructura de valores propios. Estos resultados se implementan en el código CAFE para simular choques unidimensionales e inestabilidades de Kelvin-Helmholtz en fluidos diamagnéticos y paramagnéticos. Por otro lado, se presentan las primeras soluciones analíticas de discos de acreción magnéticamente polarizados alrededor de un agujero negro de Kerr, los cuales se evolucionan con el código Cosmos++ para estudiar su proceso de acreción. El estudio teórico y numérico realizado en este trabajo sobre la propagación de ondas y generación de inestabilidades en plasmas magnéticamente polarizados muestra que en fluidos diamagnéticos las ondas más rápidas se propagan con mayor velocidad que en fluidos paramagnéticos. Sin embargo, el estado inicial de plasmas paramagnéticos es más susceptible a formación de inestabilidades magneto-rotacionales y del tipo Kelvin-Helmholtz, y por lo tanto, a la amplificación de la energía magnética. Esto produce niveles de turbulencia magnética en procesos de acreción que podrían explicar la discrepancia actual entre simulaciones y observaciones de núcleos activos de galaxias.Item Dinámica no adiabática en sistemas cuánticos abiertos excitados por fuentes de luz coherentes e incoherentes(Universidad Industrial de Santander, 2021) Calderón Mantilla, Leonardo Fabián; Mikhailov, Ilia Davidovich; Pachón Contreras, Leonardo Augusto; Yuen Zhou, Joel; Quiroga Puello, Luis; Reina Estupiñán, John Henry; Miranda Mercado, David Alejandro; García Castro, Andrés CamiloHace más de una década, las oscilaciones coherentes en los espectros no lineales de complejos fo-tosintéticos captadores de luz suscitaron un intenso debate sobre la existencia de efectos cuánticos no triviales en reacciones biológicas inducidas por luz. Las evidencias experimentales y teóricas señalan el papel crucial de los mo-dos vibracionales intramoleculares resonantes con brechas energéticas de estados excitónicos en la interpretación de las coherencias de larga duración observadas en los espectros bidimensionales de algunos complejos naturales y sin-téticos de captación de luz. Para el caso de iluminación por luz (solar) natural incoherente, en esta tesis se analizó la relevancia de estos modos vibracionales intramoleculares en dímeros vibrónicos recolectores de luz. El análisis de la dinámica de la matriz de densidad revela que la inclusión de modos vibracionales intramoleculares refuerza hasta un orden de magnitud la coherencia en la base de excitones, y puede aumentar las poblaciones de estados de exci-tones individuales de menor energía, así como las poblaciones y coherencias en la base de sitios. En claro contraste con el caso de la preparación del estado inicial por fuentes de luz coherentes (láser), el estado térmico inicial de los modos vibracionales locales y del modo vibracional anticorrelacionado evoluciona sin correlaciones no clásicas. Esto se confirma por la ausencia de valores negativos en su distribución de cuasi-probabilidad en el espacio de fase para todo tiempo. Por lo tanto, el transporte de energía en los complejos recolectores de luz en condiciones de iluminación natural no es impulsado por procesos vibracionales intramoleculares no clásicos.Item Dinámica de la polarización y la coherencia de fuentes de luz parcialmente polarizadas sobre la esfera de Poincaré(Universidad Industrial de Santander, 2021) Salazar Ariza, Karol Vianney; Torres Amarís, Rafael Ángel; Gil Pérez, José Jorge; Campos Coloma, Juan Ignacio P.; Henao Henao, Rodrigo de Jesús; Plata Gómez, Arturo; Guerrero Bermúdez, Jáder EnriqueLa descripción matemática de la polarización de la luz está basada en el método de la matriz de coherencia-polarización, los parámetros de Stokes, el vector de Jones, los cuaterniones de Pellat-Finet y el método gráfico de la esfera de Poincaré. Recientemente, se ha introducido una nueva metodología para caracterizar la pola-rización, en función de las auto-correlaciones de los parámetros de Stokes, las cuales permiten obtener información adicional respecto a los parámetros de Stokes o la matriz de polarización. Este método puede diferenciar entre dos fuentes de luz con el mismo grado de polarización, pero con dinámica de polarización diferente, es decir, con di-ferentes estadísticas. La esfera de Poincaré es muy útil en el caso de fuentes de luz totalmente polarizadas, ya que permite una representación gráfica de los estados de polarización y sus transformaciones como se demuestra en esta investigación con la formulación de la Ley de los birrefringentes lineales. Además, tanto el método de Stokes-Mueller como los cuaterniones de Pellat-Finet constituyen un método algebraico adaptado a esta representación, lo que incre-menta el interés de ésta. Por lo tanto, en esta tesis se explora una nueva metodología basada en el estudio estadístico de la polarización a través de la evolución temporal de los estados de polarización sobre la esfera de Poincaré. Estos estados son descritos mediante distribuciones de densidad de probabilidad de estados de polarización sobre la esfera de Poincaré, lo cual permite caracterizar las fuentes de luz parcialmente polarizada por medio de parámetros que se acoplan con el método gráfico de la esfera de Poincaré. De ahí, que se implementó la distribución de von Mises-Fisher para el estudio de dichas fuentes, permitiendo encontrar una relación entre el grado de polarización y los parámetros de Stokes normalizados con los parámetros de la distribución de von Mises-Fisher. Estos resultados se generalizaron a través de la distribución de Kent sobre la esfera de Poincaré, logrando estudiar las correlaciones del vector de Stokes, y así obteniendo una expresión general para el grado de correlación que incluyen tanto las auto-correlaciones como las correlaciones cruzadas entre las componentes del vector de Stokes sobre la esfera de Poincaré. Todos estos resul-tados conllevan a demostrar la importancia de implementar el uso de las distribuciones de densidad de probabilidad sobre la esfera de Poincaré para describir la fluctuación del estado de polarización, así como la medición del grado de correlación entre las componentes de vector de Stokes logrando una caracterización completa de las fluctuaciones del estado de polarización propia de cada fuente de luz.Item Propagación de ondas magnetohidrodinámicas en la atmósfera solar(Universidad Industrial de Santander, 2020) Navarro Noguera, Anamaría; Lora Clavijo, Fabio Duván; González Villegas, Guillermo Alfonso; Ballester, José Luis; Vargas Domínguez, Santiago; Mikhailov, Ilia Davidovich; Orozco Ospino, Eduardo Alberto; Núñez de Villavicencio Martínez, Luis AlbertoUno de los problemas mas importantes en la física solar consiste en explicar el calentamiento de la úl-tima capa de su atmósfera, la corona solar. En este contexto es de gran utilidad el estudio de los posibles mecanismos que puedan suministrar energía desde la base de la atmósfera hacia capas superiores. Una manera de estudiar estos procesos es a través de simulaciones numéricas que modelen distintas dinámicas del plasma de la atmósfera solar, usualmente con códigos que resuelvan las ecuaciones de la magnetohidrodinámica. Esto ha impulsado la creación de distintos códigos que resuelvan este complejo sistema de ecuaciones no lineales. Por otra parte, para estudiar el transporte de energía en el contexto del problema del calentamiento de la corona es necesario considerar el efecto de procesos disipativos, los cuales agregan algunas dificultades adicionales al aplicar los métodos numéricos tradi-cionales. Por estas razones en esta tesis doctoral se construyó el código MAGNUS, para incluir en las ecuaciones de la magnetohodrodinámica la influencia de los efectos de disipación de energía relacionados con la resistividad y el flujo de calor. La eficiencia del código se comprobó por medio de la reproducción de distintas pruebas. Unas en el régimen ideal, otras para comprobar la implementación de la resistividad y el flujo de calor de manera independiente. Se estudiaron dos mecanismos que tienen relevancia dentro del contexto de la resolución del problema del calenta-miento de la corona, pues ambos aumentan el flujo de energía hacia las capas superiores de la atmósfera solar. El primer mecanismo corresponde a la emergencia de un blob de plasma en la cromosfera el cual es generado por los movimientos convectivos de granulación. Dicho blob magnético emerge desde la zona convectiva y se reconecta con las líneas de campo magnético del ambiente, en este proceso ocurre una transformación entre la energía magnética del sistema y la energías interna y cinética, y como resultado se produce una eyección de plasma caliente hacia las capas superiores en forma de jet. Se produce a su vez un notable incremento en la temperatura de la atmósfera y además el flujo de energía hacia las capas superiores se encuentra dentro del rango esperado por los modelos teóricos de balance de energía en la atmósfera solar. El segundo mecanismo analizado en la tesis consiste en determinar los efectos de la conducción térmica en la producción de tadpole jets cromosféricos, estos son jets fuertemente energéticos reciente-mente descubiertos alrededor de un bucle coronal. Por medio de simulaciones numéricas en las que se incluyeron los efectos del flujo de calor, se encuentra que la conducción térmica en la zona de transición suministra energía y masa a estos jets, aumentando también la magnitud del flujo de energía que transportan hacia la corona, modificando a su vez la morfología de estos, colimándola y aumentando su velocidad de propagación.