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Recent Submissions
- ItemTransport phenomena in nontrivial topological materials(2023) Bonilla Moreno, Daniel Alejandro; Muñoz Tavera, Enrique; Pontificia Universidad Católica de Chile. Instituto de FísicaIn this Ph.D. thesis, we present our work related to electronic quantum transport in materials with nontrivial topology. The fundamental objectives of our work were as follows: Firstly, to study ballistic transport in a nano junction made of a Type I Weyl semimetal material that contains a cylindrical defect created by the application of mechanical strain. In addition to the torsion effect modeled by a pseudo-gauge field, we added an external magnetic field and the repulsive effect of the deformation produced by the mismatch of the crystal lattice. Using the appropriate Landauer ballistic formalism to describe this type of system, we calculated their transport coefficients. Secondly, to study diffusive transport using the linear response regime, of a uniform and diluted concentration of the aforementioned defects through the bulk of a Weyl semimetal slab. For this purpose, we used the standard particle scattering theory, along with Green's functions techniques and diagrammatic methods. Finally, to study the diffusive transport through a single-layer graphene sheet doped with charged impurities, and influenced by the electromagnetic coupling to a topological insulator or a semiconductor. We pursued to investigate the role played by the magneto-electric effect produced by the topological insulator in transport properties, such as electrical conductivity. Here, we also applied a combination of methods based on scattering, linear response, Green's functions, and diagrammatics. We have obtained analytical expressions for the electrical and thermal conductivities, as well as for the Seebeck coefficient. Our results demonstrate the promising nature of these novel topological materials as thermoelectrics for future applications.
- ItemLoops in Holographic Correlators(2023) Muñoz Sandoval, Iván Ignacio; Bañados, Máximo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Instituto de FísicaIn the context of the Anti de-Sitter (AdS)/Conformal Field Theory (CFT) correspondence, we investigate the computation of holographic correlation functions for quantum fields in the bulk. Unlike the semi-classical approach, quantum computations involve Infra-Red (IR) and Ultra-Violet (UV) divergences. However, consistent with the semiclassical approximation, we find that IR infinities correspond to boundary divergences, while UV divergences correspond to the bulk. We present a systematic procedure for solving the perturbative quantum problem in the bulk. To illustrate our approach, we consider a Φ4 scalar field on a fixed AdS background and obtain the boundary correlation function in position and momentum space. In position space, we use two approximations: (i) we assume that the field is composed of the classical solution plus a quantum fluctuation, and we solve the classical part before using the holographic dictionary to obtain the quantum correction to the 2- and 4-point functions, requiring UV and IR renormalizations;(ii) using the quantum effective action, we renormalize the UV divergence from the equation of motions and then use the holographic dictionary to obtain the dual correlation function. Both formulations lead to the same conclusions and demonstrate that the bulk theory is renormalizable up to AdS7. Meanwhile, in momentum space, we use the background field method and renormalize the two-point function up to one loop, finding exact agreement with the position space computation. Finally, we provide a general set-up for obtaining the off-shell graviton bulk propagator, which is crucial for obtaining correlation functions for more realistic models.
- ItemAmorphous materials under stresses: understanding critical behavior(2022) Villarroel Cortés, Carlos Javier; Düring, Gustavo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de FísicaGran parte de los materiales que utilizamos a diario no se comportan como un sólido elástico o un fluido newtoniano cuando se les aplica deformación. Dentro de la extensa lista de estos materiales que presentan características no lineales en cantidades macroscópicas, podemos encontrar muchos alimentos que consumimos o incluso la piel humana. Comprender estos comportamientos particulares actualmente representa un desafóo importante con aplicaciones en la industria y la medicina. Para responder algunas de las preguntas que estos materiales particulares presentan hoy en día, en esta tesis, utilizando simulaciones numéricas de alto nivel, estudiamos dos fenómenos no lineales críticos, el fenómeno de “Yielding” y el fenómeno de “Strain-Stiffening”. En particular, la transición de “Yielding” se observa en materiales donde, dependiendo de la tensión aplicada, es posible pasar de un estado mecánicamente estable a uno que fluye como un líquido. En este contexto, mediante simulaciones de partículas blandas, se realiza el cálculo de los exponentes críticos que gobiernan el régimen fluido para dos escenarios de esfuerzos aplicados, y se estudia cómo las estadísticas de avalanchas pueden caracterizar el flujo. Finalmente, para el fenómeno “Strain-Stiffening”, se propone un nuevo modelo de redes semi-flexibles capaces de replicar este comportamiento, donde un sistema blando se transforma en uno rígido mediante la aplicación de una deformación. A su vez, este modelo es capaz de explicar y predecir de buena manera los exponentes críticos que gobiernan la transición.
- ItemDesarrollo de hidrogeles a base de óxido de grafeno y cobre para usos en tratamiento de aguas(2022) Acuña Porras, Camilo; Díaz, Donovan; Pontificia Universidad Católica de Chile. Instituto de FísicaEn el presente trabajo se modificó químicamente (grado de oxidación) y morfológicamente (tamaño de lámina) láminas de óxido de grafeno (GO) en solución sintetizado por método de Hummers modificado, además se sintetizó partículas de cobre (PCu) como refuerzo, posteriormente se crecieron hidrogeles con GO (GOH) y PCu (Cu-GOH) por vía hidrotermal. Con los hidrogeles se realizaron pruebas de adsorción de azul de metileno (AM) disuelto en agua, con el fin de determinar correlaciones entre las características químicas, estructurales y morfológicas de los hidrogeles con la capacidad y cinética de adsorción del AM como impureza del agua. La modificación química se realizó variando la cantidad del agente oxidante y el tipo de grafito de partida en la síntesis de GO. Esta modifico el grado oxidación y la distribución de grupos funcionales del GO, estudiado por espectroscopía XPS. Se encontró una reducción de los grupos funcionales oxigenados (OFG) al variar la cantidad de KMnO4, además de un punto de saturación en que el KMnO4 no influía en la química del GO. También se observó el efecto del tipo de grafito en la formación de hidrogeles, cuando se usó grafito amorfo este no se formó en contraposición a el grafito laminado donde se formó el hidrogel. La modificación morfológica consistió en un pretratamiento de sonicación a distintos intervalos de tiempo 30min, 60min, 90min, 120min, 180min y 240min en la síntesis de GO (in-situ). Y postratamiento de sonicación a distintas potencias comprendidas entre 50 y 200 W, y a tiempos de exposición de 5 y 10 minutos del GO sintetizado en solución (Post síntesis). El grado de oxidación y OFG se analizaron por los espectros de alta resolución (C1s y O1s) XPS, determinando que la sonicación del GO no presenta modificaciones significativas en la distribución de OFG y una consistencia en su grado de oxidación (relación C:O). Adicionalmente, el tamaño de lámina promedio se obtuvo por procesamiento de imágenes AFM, Para la solución de GO base encontró un valor entre 25040 - 33516 nm2 ; Para pretratamiento in-situ 57120 - 37220 nm2 ; Y post síntesis 5410 - 13620nm2 . Se observó que el tiempo de sonicación afecta el tamaño de lámina para el tratamiento in-situ como para el post síntesis. Los hidrogeles crecidos vía hidrotermal mostraron una estructura porosa (entrecruzamiento de láminas de GO) en la superficie por imágenes SEM. Químicamente se observó por los espectros de alta resolución C1s y O1s de XPS un proceso de reducción de los OFG por la síntesis hidrotermal. También la incorporación PCu afecto la morfología (interacción de láminas de GO con CuP), estructura (cambios de fases cristalinas de PCu) y química (Oxidación de PCu y reducción del GO) del hidrogel. Las pruebas de adsorción de AM se hicieron con dos concentraciones iniciales una de 1.2 mg⁄L para los hidrogeles modificados y con PCu Y de 100 mg⁄Lpara hidrogeles con la solución GO base (sin modificación morfológica y química), y condiciones de agitación y temperatura. El hidrogel con GO base y con PCu adsorben el AM eficientemente comparado a los modificados. Los hidrogeles bajo condiciones de temperatura y agitación tienen una capacidad de adsorción entre 21.99—38.45 mg⁄g. Estos hidrogeles, se analizó la cinética de adsorción mediante dos modelos, Pseudo-First Order (PFO) y Pseudo-Second Order (PSO), inicialmente la adsorción mostro que la remoción del tinte se produce por fisisorción dado los valores termodinámicos (entalpia, energía libre de Gibbs y entropía).
- ItemControl of wave-particle duality via atom-field interaction in double-slit schemes(2022) Miranda Rojas, Mario Ernesto Brayan; Orszag Posa, Miguel; Pontificia Universidad Católica de Chile. Instituto de FísicaThe dual nature of light and matter represents an important challenge for science. Since the origins of quantum mechanics, several theoretical and experimental works have studied the wave and corpuscular properties of photons, atoms, electrons, etc. The main model that has been considered in the development of them has been the Young's double-slit scheme, by means of which the wave nature of light was demonstrated. However, it also can be used to obtain the particle-like properties of the systems. In case of considering identical slits, this model allows to obtain total fringe visibility on a screen located at a certain distance from the double-slit, and thus, null knowledge about the path followed by the object that crosses the scheme. Therefore, the system shows a wave behavior. In order to obtain information about the path taken by the objects (photons, atoms, electrons, etc), several authors have studied the coupling of external systems to double-slit schemes, which allows to know the path followed by the particle. As a consequence, the implementation of any type of path-detector results in the loss of fringe visibility, according to the principle of complementarity postulated by Bohr. In this research, we have considered the use of double-slit schemes and atom-field interactions to control the balance between fringe visibility and which-path information. We consider field cavities which act as path-detectors and they are represented by different quantum states. Instead of photons, our schemes are crossed by atoms, whose internal levels are correlated to the paths of the schemes. Therefore, based on the peparation of both, field and atom, we can study the balance between distinguishability, visibility and the concurrence present in the system. Our results show that the wave-particle duality can be controlled by atomic and field parameters, depending on the behavior that the experimenter wishes to observe, wave-like or particle-like. Additionally, we present a model in which a classical field can control the quantum atom-field interaction. Therefore, the amplitude of the classical field can also be considered as a controlling parameter of the wave-particle duality. Finally, based on our results, we propose a theoretical model to be implemented in quantum eraser and delayed choice experiments, which nowadays arouses great interest among researchers. Our results suggest that the wave-particle duality can be controlled even at times after the atom is registered on a screen, which allows us to choose the behavior of the system, wave-like or particle-like, at any moment.