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Tesis > TEMA

Física [ 418 tesis ]

Fotofísica [ 6 tesis ]

Venier, Guillermo Luis. "Celdas fotovoltaicas de silicio cristalino : Simulación, diseño, elaboración y caracterización" (1997) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
Se desarrollaron modelos teóricos a fin de optimizar el diseño de dispositivos fotovoltaicos de silicio monocristalino. En especial, se analizó la dependencia de la eficiencia de las celdas con algunos parámetros de relevancia como por ejemplo la concentración de dopante y la profundidad de juntura, y se implementó además un método para encontrar la grilla de contacto óptima. En cuanto a la parte experimental, se encaró el proceso de elaboración de celdas de silicio cristalino, el cual no registraba antecedentes en el país. Ello dio lugar al desarrollo y adaptación de diversas técnicas, entre las que cabe destacar: preparación de muestras, difusión de dopantes, depósito de contactos mediante fotolitografía y aplicación de tratamientos antirreflectantes, alcanzándose buen control sobre las mismas. En particular, se pusieron a punto dos métodos de difusión propuestos recientemente en la bibliografía, investigándose sus principales características y ventajas relativas. Los desarrollos realizados dieron lugar al diseño, elaboración y caracterización de celdas solares de hasta un 15% de eficiencia. Un conjunto importante de los dispositivos construidos se utilizó en la confección de un panel para ensayo de celdas en el espacio que será incluido en un satélite argentino. En lo que concierne a la caracterización del material, se desarrollaron teórica y experimentalmente dos métodos novedosos para la estimación de dos parámetros fundamentales en el comportamiento de un dispositivo fotovoltaico, como son la longitud de difusión de portadores minoritarios y la velocidad de recombinación superficial. Las principales características de los métodos propuestos radican en su simplicidad y bajo requerimiento de equipamiento, así como en la determinación de los parámetros en el dispositivo final.

Abstract:
Theoretical models were developed in order to optimize the design of single crystal silicon photovoltaic devices. As an example, the dependence of the cell efficiency on certain relevant parameters -i.e. surface dopant concentration and junction depth- was analysed, implementing a method of finding the optimum contact grid. As for the experimental part, the process of manufacturing crystalline silicon cells -which showed no antecedents in the country- was started. This allowed the development and adaptation of several techniques, such as sample preparation, diffusion of dopants, deposition of electrical contacts through photolithography and AR coating, achieving a good degree of control over them. In particular, two methods of diffusion, recently proposed in the bibliography, were set up and adjusted, investigating their main features and relative advantages. The developments performed gave place to the design, elaboration and characterization of cells up to an efficiency of 15%. Un important set of these devices were used to put up a module for cell testing in espace, to be included in an Argentinian satellite. In what concerns to the characterization of the material, two new methods of estimating two fundamental parameters in any device performance (i.e. diffusion length and surface recombination velocity) were developed, theoretically and experimentally. Their main features lie on simplicity, low equipment requirement, and determination of the parameters right in the final device.

López, Sergio Gabriel. "Fotofísica de colorantes en medios heterogéneos" (2010) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
Los sistemas compuestos por colorantes en medios restringidos poseen aplicaciones en los ámbitos de la ciencia, la tecnología y la salud. Por otro lado, el estudio de la fotofísica de estos sistemas es relevante para la comprensión de procesos biológicos tales como la fotosíntesis, en los que se requiere un alto grado de ordenamiento por parte de los cromóforos involucrados. Con el fin de incrementar la fracción de luz absorbida por el sistema es necesario utilizar altas concentraciones locales de colorante, lo que puede dar lugar a fenómenos de acoplamiento excitónico y a procesos de transferencia de energía. Por otra parte, la coadsorción de dos o más colorantes que presentan un importante solapamiento espectral puede extender el intervalo de longitudes de onda aprovechables por el sistema, canalizando la energía de excitación hacia un fotosensibilizador de tipo I o de tipo II, que actúe como colorante efector. En este trabajo se estudian sistemas de colorantes adsorbidos sobre celulosa microcristalina o incluidos en zeolitas. Se hace hincapié en el efecto de las interacciones colorante-colorante sobre la distribución espacial de los cromóforos, en la influencia de esta distribución sobre los procesos fotofísicos en los que éstos intervienen y en el efecto del microentorno provisto por el sólido sobre las propiedades fotofísicas de los colorantes. La posible presencia de agregados moleculares, la ocurrencia de procesos de transferencia de energía y la fuerte dispersión de luz por parte del sólido hacen indispensable la utilización de herramientas especiales a tal fin.

Abstract:
Systems composed by dyes in constrained media can be applied in the fields of science, technology, and health. Besides, the study of these systems is relevant for the understanding of biological processes such as photosynthesis, in which the chromophores are subjected to a high level of ordering. With the aim of enhancing the amount of light adsorbed by the system high dye local concentrations are required, giving place to exciton coupling and energy transfer processes. On the other hand, coadsorption of two or more dyes acting as donor- acceptor couples can extend the range of excitation wavelengths, canalizing the excitation energy towards a suitable effector, like a type I or type II photosensitizer. In this work dyes adsorbed onto microcrystalline cellulose or included into zeolites are studied. Emphasis is given to the effect of dye to dye interactions on the spatial distribution and the influence of this distribution and the microenvironment provided by the solid on the photophysics of the dye. The possibility of molecular aggregation, the occurrence of energy transfer processes and the strong light scattering that takes place within the solid make the use of special tools mandatory for this kind of studies.

Schmiegelow, Christian Tomás. "Experimentos fotónicos de tomografía selectiva y eficiente de procesos cuánticos" (2011) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
Esta tesis presenta la primer demostración experimental de un nuevo método para caracterizar la evolución de sistemas cuanticos de un modo eficiente y selectivo. Es el resultado de una colaboración entre teóricos y experimentales en la busqueda de métodos que permitan caracterizar, controlar y entender el comportamiento de sistemas cuanticos con el objetivo de poder realizar tareas de información cuantica. Esta dividida en dos partes. En la primer parte se desarrollan las bases experimentales y describe el armado del laboratorio. Las técnicas experimentales utilizadas y las ideas fundamentales relacionadas con el uso de fotones como objetos capaces de procesar información cuantica son descriptas. La segunda parte primero revee distintos métodos de tomografía de procesos cuanticos con especial enfasis en el método que implementamos experimentalmente por primera vez: tomografía de procesos cuanticos selectiva y eficiente. Finalmente, se describe la impementación experimental de este nuevo método en sistemas de uno y dos qubits. Las diferentes evoluciones estudiadas presentan clara evidencia de su perfomance robusta en la determinación de propiedades de un sistema de un modo eficiente y selectivo.

Abstract:
This thesis presents the first experimental demonstration of a new method to characterize the evolution of quantum systems in an efficient and selective manner. It is the result of the joint collaboration between theoreticians and experimentalists in a quest to characterize, control and understand the behaviour of quantum systems in order to perform quantum information tasks. It is divided into two parts. The first part covers the experimental foundations and set up of the labo ratory. Experimental techniques used and the basic ideas regarding using single photons as quantum information processing devices are detailed. The second part first reviews different methods for quantum process tomography with special emphasis in the method we experimentally implement for the first time: selective efficient quantum process tomography. Finally, the experimental implementation of this new method on one and two qubit systems is presented. Different evolutions are studied presenting clear evidence of its robust performance in determining in their properties in an efficient and selective manner.

Diz, Virginia Emilse. "Fotosensibilizadores nanoconfinados. Caracterización fotofísica y fisicoquímica" (2012-12-19) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Domené, Esteban A.. "Técnica de error de foco para microscopía de expansión y recuperación térmica (ThERM)" (2013) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
En esta tesis doctoral se presenta el desarrollo de un accesorio fototérmico capaz de caracterizar propiedades térmicas de una muestra midiendo la curvatura superficial de la expansión térmica inducida. La técnica, denominada ThERM por las siglas en inglés Termal Expansion-Recovery Microscopy (microscopia de expansión y recuperación térmica), permite medir mapas bidimensionales de difusividad la difusividad térmica con una resolución micrométrica. Un haz de excitación modulado calienta la muestra induciendo una respuesta térmica. El esquema de detección consiste en un haz de prueba astigmático y un detector de cuatro cuadrantes. De la diferencia entre las diagonales del detector se genera una señal de error de foco (FE) que resulta proporcional al desenfoque del haz de prueba causado por la curvatura superficial de la muestra. Ajustando barridos en frecuencia con un modelo térmico se obtiene una frecuencia de corte que solo depende de la difusividad térmica de la muestra y el tamaño del haz de excitación. Esto permite caracterizar la difusividad térmica de la muestra de manera simple, con una resolución lateral definida por el tamaño del haz de excitación y resolución axial subnanométrica.

Abstract:
In this doctoral thesis we present the design of a photothermal microscope accessory capable of characterizing thermal properties of a sample by probing the surface curvature of the induced thermal expansion. The technique, called ThERM (Thermal Expansion-Recovery Microscopy), allows the retrieval of the thermal diffusivity at microscopic levels and hence mapping such magnitude over a sample surface. A modulated pump laser beam heats the sample, thus inducing a thermal response. The detection scheme consists of an astigmatic probe laser and a four-quadrant detector. From the difference between the diagonals of the detector, a focus error signal is obtained (FE) which is proportional to the defocusing of the probe beam due to the surface curvature. Nonlinear fitting of frequency sweeps with a thermal model allows the retrieval of a cutoff frequency which only depends on the thermal diffusivity of the sample and the pump beam size. Therefore a straightforward retrieval of the thermal diffusivity of the sample is possible, with a lateral resolution defined by the pump beam size and a sub-nanometer axial resolution.

Caldarola, Martín. "Diseño y aplicación de microscopías avanzadas para el estudio de problemas de mecanotransducción celular y nanoplasmónica" (2015-03-30) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
El estudio de problemas que requieren resolución espacial y especificidad química, en condiciones físico-químicas o biológicas altamente controladas, demanda el desarrollo de herramientas específicas, novedosas, versátiles y de plataforma abierta que permitan la libre elección y control de los parámetros relevantes al problema en cuestión. En esta Tesis se han encarado problemas en campos diversos como son la biofísica y la nanofotónica, pero que utilizan una misma plataforma de microscopía avanzada, adaptada especialmente para cada aplicación. En el campo de la biofísica, se estudió la dinámica de formación y remodelado de adhesiones focales (FA). Las FAs son complejos multiproteicos que sirven a la célula como puntos de anclaje en la matriz extracelular. Su proceso de formación consta de distintas etapas y escalas temporales que dependen sustancialmente de las fuerzas aplicadas a la célula. Para poder estudiar y entender este complejo proceso, altamente dinámico, es necesario realizar mediciones precisas de las fuerzas involucradas y poder correlacionarlas con la respuesta bioquímica de la célula. Se presenta una técnica que permite obtener información cuantitativa de la respuesta de células vivas a estímulos mecánicos locales y con especificidad molecular, basada en la combinación de un microscopio de fuerza atómica (AFM), con un microscopio óptico de fluorescencia. Con esta técnica se estudiaron proteínas citosólicas presentes en las adhesiones focales, tales como vinculina, FAK y zixina. Se observó la formación de una adhesión focal naciente en el caso de la vinculina, se cuantificó el tiempo de reclutamiento para la FAK y se estudió la distribución espacial de la zixina en adhesiones focales maduras. Estos resultados muestran la utilidad de este desarrollo para el estudio de procesos biofísicos complejos involucrados en la mecanotransducción celular. En el campo de la nanofotónica y en particular de la nanoplasmónica, las llamadas nanoantenas metálicas han sido ampliamente utilizadas en los últimos años para intensificar y confinar la luz en volúmenes muy pequeños. Sus diversas aplicaciones van desde el sensado molecular hasta las microscopías de alta resolución. La intensificación local del campo electromagnético se debe a la excitación resonante de los llamados plasmones superficiales en los metales nanoestructurados. Sin embargo, uno de los problemas fundamentales de este esquema consiste en la altísima generación de calor en la nanoesacala, producida por la excitación resonante. La plataforma multifunción desarrollada en esta Tesis admite ser utilizada en la configuración de microscopio confocal de doble haz, que permite el control independiente de la generación de calor en la nanoantena, producido por uno de esos haces. La mencionada configuración fue utilizada en dos problemas de nanoplasmónica relacionados: A) el desarrollo y prueba de principios de un nuevo esquema de sensado molecular, que utiliza como mecanismo de sensado el calentamiento plasmónico de nanocilindros de oro y la consecuente dependencia de la intensidad de fluorescencia con la temperatura. B) El desarrollo de un método de mapeo térmico de alta resolución basado en la disminución de la intensidad de fluorescencia de un film polimérico dopado con moléculas fluorescentes y depositado sobre la muestra a estudiar. Con este método se estudió y comparó el desempeño de nanoantenas plasmónicas metálicas y semiconductoras, arrojando como resultado que las semiconductoras alcanzan menores temperaturas que las metálicas. Esto demuestra que las nanoantenas semiconductoras podrían utilizarse en esquemas de sensado ultrasensible, como ser SERS, sin afectar la muestra por calentamiento. Finalmente, se construyó y caracterizó una fuente de luz solitónica sintonizable por potencia, basada en una fibra óptica de cristal fotónico (PCF), que sirve como fuente de luz alternativa para el microscopio confocal. Se mostró que el ancho de pulso de los solitones se mantiene constante para todo el rango de sintonizabilidad (860-1200 nm) en un valor de 45 fs. También se muestra la robustez de esta fuente de luz ante variaciones del chirp del pulso de entrada. Las particulares características de esta fuente de luz, principalmente su amplia y rápida sintonizabilidad, abre diversas alternativas para el estudio de propiedades físico-químicas de materiales así como propiedades bioquímicas en sistemas biológicos. Palabras clave: Microscopías ópticas de fluorescencia. Microscopía de Fuerza Atómica. Mecanotransducción celular. Nano-antenas. Solitones en fibras ópticas de cristal fotónico.

Abstract:
The study of problems that require both spatial resolution and chemical specificity demands the development of specific and adaptable tools for the relevant variables of each problem. In this thesis we have studied two problems from different fields such as biophysics and nanophotonics, using the same platform of advanced microscopy. In the biophysics field, we studied the dynamics of formation and remodeling of Focal Adhesions (FA). FAs are multiprotein complex the cell creates to anchor to the extra cellular matrix. This adhesion process is a highly dynamic force-dependent process that evolves at several temporal scales. An understanding of this process requires precise measurements of forces and its correlation with the biochemical responses in living cells. We present a method that allows to access quantitatively information about live cell responses when a controlled, local and specific mechanical stimulus is applied to live cells. This approach combines atomic force microscopy (AFM) with fluorescence imaging. Using this combined technique, we studied the recruitment of adhesion proteins such as vinculin, FAK and zyxin triggered by applying forces in the nN regime. We observed the development of a nascent adhesion site, which was evident from the accumulation of vinculin at the position where the force was applied. In addition, we quantified the recruitment time for FAK in the formation of a new adhesion site, and analyzed the zyxin spatial distribution remodeling in mature focal adhesion as a function of the applied force. We have demonstrated that this method is a useful tool for the study of a variety of complex biological processes involved in cellular mechanotransduction. In nanophotonics and particularly in nanoplasmonics field, we studied metallic nanoantennas, which have recently been widely used to enhance and confine light in nanometric volumes. Nanoantennas have been proved to be useful in a variety of applications that range from molecular sensing to high resolution microscopies. The local field enhancement is due to so called plasmonic resonances, produced by the collective oscillation of the conducting electrons in metals. However, there is a fundamental problem with this scheme: metallic structures suffer from ohmic losses, leading heating of the structure and its local environment. The multipropose platform developed in this thesis includes a dual beam confocal microscope, which allows the use of one laser to control the heat generation independently from the fluorescence excitation. This configuration was used in two related nanopalsmonic problems: A) the development and proof of principles of a new molecular sensing scheme, based in the plasmonic heating of gold nanorods and its consequent decrease in the fluorescence intensity. B) The development of a method of thermal mapping based in the decrease of fluorescence intensity with increasing temperature, using a polimeric thin film with fluorophores embedded deposited on the samples. We compared the temperature increase in gold and silicon nanoantennas when they are illuminated by a near infrared laser and we show lower temperature increase in the semiconductor structures. This fact demonstrates that semiconductor nanoantennas, unlike the metallic, can be used in ultra-sensitive schemes such as SERS without heating the sample. In addition, we built and characterized a high-speed wavelength tunable photonic crystal fiber-based source, capable of generating tunable femtosecond solitons in the infrared region. This unique light source can be used as an alternative excitation source for the confocal configuration. Through measurements and numerical simulation, we show that both the pulsewidth and the spectral width of the output pulses remain nearly constant over the entire tuning range (860 to 1200 nm). We also show that this source is insensitive to chip variations in the pump pulse, even in the case of heavily chirped pulses. All these remarkable properties open up diverse alternatives to study physical and chemical properties of materials as well as biochemical properties in biological systems. Key words: Optical fluorescence Microscopy. Atomic Force Microscopy. Cellular mechanotransduction. Nanoantennas. Solitons in pohtonic crystal fibers.

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