Estudios de excitación auto-heterodina en H2O usando un láser de cascadeo cuántico y cavidades ópticas

El láser de cascada cuántica de cavidad externa (EC-QCL) se ha convertido en una importante fuente de radiación en la porción de IR medio (3 µ a 20 µm) del espectro electromagnético. Los EC- QCL se han empleado con éxito en una variedad de estudios espectrales para diferentes aplicaciones, como el monitoreo atmosférico y ambiental , la detección de trazas de explosivos y el análisis del aliento humano, entre otras aplicaciones. En el presente trabajo, utilizamos un EC-QCL Uber Tuner, pulsado y ampliamente sintonizable con un rango de emisión en el IR medio sintonizable de 6,9 a 8,7 µm para llevar a cabo estudios de excitación auto-heterodina de la molécula de H2O a diferentes presiones. Este fenómeno ocurre cuando se hace interactuar un pulso con un barrido de frecuencia rápido con un sistema resonante cuya escala de tiempo característica de relajación del sistema resonante excitado es del orden del pulso. Un modelo simple del proceso autoheterodino se obtiene si se considera que el pulso original, que viaja a través de la cavidad, se suma linealmente con el pulso retardado producido por la muestra molecular, lo que da lugar a patrones de interferencia temporal en la señal detectada , si se llena con el gas de muestra[4]. Un análisis más completo de este proceso requiere el análisis de un sistema cerrado de dos niveles interactuando con un campo de barrido, en términos de las ecuaciones ópticas de Bloch. Estos e Este fenómeno ocurre cuando se hace interactuar un pulso con un barrido de frecuencia rápido con un sistema resonante. En el presente trabajo reportamos señales autoheterodinas dependientes de la presión producidas en la celda de Herriot por la absorción resonante de vapor de agua en la cavidad correspondiente a una transición rotación-rotación J-J´ en el estado fundamental vibracional del H2O. Se presentarán tanto los modelos del proceso así como los detalles instrumentales como la física asociada con este fenómeno transitorio dependiente del tiempo.

Espectro de la Ecuación no Lineal de Schrödinger para un pozo de potencial cuadrado doble

La Ecuación No Lineal Schrödinger (ENLS) representa de forma efectiva un condensado de Bose-Einstein. El confinamiento de éste cambia sus propiedades y se puede realizar a través del potencial, mismo que puede representar impurezas dentro de una guía de ondas, campos magnéticos, o una estructura óptica. En esta contribución se muestra el comportamiento del espectro de la ENLS para dos pozos de potencial cuadrados separados por una distancia $D$. Se hace un análisis de la interacción de las componentes del condensado en cada uno de los pozos como función de la distancia y la capacidad de confinamiento de cada uno de éstos. Se hace especial énfasis en el análisis del comportamiento en el estado base y los primeros estados excitados, ya que en este contexto no hay superposición de estados en la descripción completa del sistema. Cabe mencionar que dicho análisis también constituye uno de los primeros estudios sobre la interacción de dos condensados gobernados por la ENLS en una guías de ondas con soluciones analíticas.

Ionización de un ion molecular de hidrógeno en colisiones con un antiprotón

En este trabajo, estudiamos la colisión de un antiprotón y un ion molecular de hidrógeno utilizando métodos numéricos tales como el método de Diferencias Finitas y el de Crank-Nicolson ya que con ellos podemos hacer evolucionar en el tiempo la dinámica de los sistemas aplicando el operador de evolución temporal. Debido a que los protones y su antipartícula son relativamente pesados podemos aproximarlos como partículas clásicas y solamente tratar al electrón de manera cuántica. Esto nos ayuda a reducir la complejidad del sistema. Sumado a ello, es necesario implementar una función de enmascaramiento para poder estudiar los canales de ionización debido a que el antiprotón y el electrón se describen en una caja numérica. Reportamos la sección transversal de ionización considerando trayectorias rectilíneas y núcleos fijos dentro del rango de energías de 1 a 1000 keV para diferentes orientaciones del blanco molecular. Finalmente comparamos los resultados obtenidos con otros métodos y datos experimentales. Agradecemos el apoyo del proyecto DGAPA-PAPIIT IN-111-820

Incremento universal de la ionización ATI independiente de la longitud de onda

Above threshold ionization (ATI), uno de los descubrimientos fundacionales de la física de campos fuertes, es un proceso multifotónico en el cuál un electrón absorbe más fotones que el mínimo requerido para ser ionizado. El modelo semiclásico de tres pasos, donde los electrones son considerados partículas clásicas que siguen trayectorias bien definidas conforme se propagan a través del campo después de ser ionizados por tunelamiento, ha sido capaz de explicar exitosamente las características principales observadas en los espectros de fotoelectrones. Sin embargo, se han observado fenómenos adicionales que no pueden ser explicados por modelos semiclásicos, tales como el incremento en la emisión en regiones intermedias del espectro ATI de hasta un orden de magnitud mayor observadas con respecto a cambios relativamente pequeños en la intensidad máxima del pulso laser. Con la ayuda de pulsos láser de longitud de onda variable en el espectro visible, descubrimos la existencia de intensidades dominantes. Estas son intensidades particulares capaces de producir un aumento significativo en la tasa de ionización mientras que al mismo tiempo producen señales distintivas y dominantes en el espectro observado. Estas características incluyen la aparición de un incremento en el rendimiento a energías intermedias alrededor de 6Up (que requieren de un evento de rescattering), adicionalmente mostrando un tren de picos de ATI cuyas posiciones permaneces estables incluso después de aumentar aún más la intensidad. Una vez que las intensidades dominantes han sido identificadas para diferentes longitudes de onda, tanto la teoría como el experimento muestran que un espectro universal es obtenido cuando los espectros individuales se expresan respecto a su correspondiente energía ponderomotiva. Esto es válido no solo para diferentes longitudes de onda sino también para múltiples átomos y potencialmente incluso moléculas.

Estructura hiperfina usando el vector de Laplace-Runge-Lenz

El espectro discreto del átomo de hidrógeno respeta una simetría dinámica tipo SO(4), la cual se puede descomponer en subgrupos que obedecen el álgebra de momento angular. La estructura algebraica nos permite formular una base estrechamente relacionada con las propiedades de la función de onda en coordenadas parabólicas. Por otro lado, las propiedades de otros momentos angulares como el espín del electrón y el espín del núcleo se reducen a hacer una adición de momento angular, todas estas contribuciones se conocen como la estructura hiperfina. En este trabajo se exploran las simetrías del problema para analizar la estructura hiperfina atómica usando las propiedades del grupo SO(4) del vector de Laplace-Runge-Lenz. Adicionalmente, se hace un breve análisis del rompimiento de la simetría asociado cuando el átomo se encuentra en presencia de campos eléctricos y/o magnéticos.

Procesos de ionización en colisiones de un antiprotón con un átomo de hidrógeno

En este trabajo se estudia la dinámica de la colisión entre un antiprotón y un átomo de hidrógeno resolviendo la ecuación de Schrödinger dependiente del tiempo con el método de diferencias finitas implementando la aproximación de Crank-Nicolson. Debido a las cargas del antiprotón proyectil y del electrón, la interacción entre estas partículas será descrita a través de un potencial coulombiano repulsivo, dando lugar al posible proceso de ionización donde el electrón es expulsado hacia el continuo. El electrón del átomo blanco se describe cuánticamente, mientras que el núcleo del blanco (el protón) y el antiprotón proyectil se tratan como partículas puntuales clásicas. Se reporta la sección eficaz de ionización en la colisión $\bar{p}+$H implementando paredes absorbentes mediante funciones de enmascaramiento. Los resultados obtenidos concuerdan bastante bien con otros modelos teóricos en el rango de energía de colisión de $0.1$ $keV$ a $1000$ $keV$, así como con mediciones experimentales. Agradecemos el apoyo del proyecto DGAPA-PAPIIT IN-111-820.

Harnessing Quantum Physics for Tabletop X-Ray Lasers

Ever since the invention of the laser over 60 years ago, scientists have been striving to create an X-ray version of the laser. The X-ray sources that are in widespread use in medicine, security screening, and technology are in essence a more powerful version of the X-ray light-bulb source that Röntgen built in 1895. In the same way that visible lasers can concentrate light energy far better than a light bulb, a directed beam of X-rays could drive revolutionary advances in science and technology. However, until recently, the power levels required to make an x-ray laser prohibited their widespread use. Fortunately, the challenge of creating tabletop x-ray lasers was solved in a surprising way - by the beauty and power of quantum physics. Visible ultrafast lasers can essentially create nanoscale dipole antennas by strong-field ionization of atoms, thereby generating laser-like beams from the ultraviolet to soft X-ray wavelengths. Moreover, by sculpting the driving laser polarization or phase, we can directly imprint the same structure onto the electron wave function, and resulting x-ray beams.

Cálculo de las fluctuaciones en la precisión de un gravímetro cuántico: alineación óptica y campo magnético

En la colaboración Grávico, se ha trabajado en el desarrollo de un gravímetro cuántico portátil para medir el valor de g utilizando interferometría atómica de ${}^{87}Rb$. La precisión que tendrá este dispositivo es de 1 mGal, y permitirá identificar estructuras subterráneas en la corteza terrestre de forma no intrusiva. Para lograrlo es necesario tener un control minucioso de las variables involucradas en el proceso interferométrico de medición, tales como la alineación del sistema óptico, vibraciones propias del sistema, campo magnético, etc. En este trabajo se reporta el cálculo teórico que introduce la alineación de los láseres contrapropagantes en el proceso de medición, y la afectación del campo magnético a lo largo del vuelo de la nube atómica. Se hace una comparación de las ventajas y desventajas cuando la medición se realiza cuando la nube atómica se encuentra en caída libre o en vuelo tipo fuente. Finalmente se presenta una comparación entre las diferentes situaciones posibles y como afectan sus aplicaciones en campo. Financiamiento: FORDECyT

Enfocamiento y propagación no lineal de haces de materia

En este trabajo se presenta el entendimiento y los resultados de cómo se puede controlar la propagación de un haz coherente de bosones usando difracción y fenómenos de interferencia en la ecuación no lineal de Gross-Pitaevskii. Los sistemas considerados son el de un haz coherente incidente en una barrera semi infinita y en una rendija, para luego generar los efectos difractivos. En ambas situaciones presentamos las soluciones analíticas en regímenes de tiempos cortos y largos en la evolución. Dichos resultados son comprobados mediante un método numérico alternativo que resuelve la misma ecuación diferencial. Además, se presentan algunas características importantes del fenómeno. En el caso del haz incidente sobre la rendija de difracción y tiempos cortos, presentamos un resultado importante que nos permite determinar el tiempo de enfocamiento del haz como función de la masa, ancho de la rendija y la longitud de dispersión de ondas s. Esta última propiedad es de mayor importancia ya que mediante el control de este parámetro se puede optimizar el proceso de enfocamiento.

Antiferromagnetismo cuántico y redes ópticas

Los progresos recientes en arreglos experimentales de átomos fríos en redes ópticas han hecho posible crear orden antiferromagnético de largo alcance [1]. Esto ha revivido la cuestión sobre el movimiento de dopantes en redes antiferromagnéticas, cuya respuesta se encuentra conectada con el problema de la superconductividad de alta temperatura [2]. En este trabajo presentaré una revisión del problema de un agujero móvil que se puede pensar como un holón interactuando con ondas de espín en la aproximación de fermión esclavo y que se describe mediante el Hamiltoniano de t-J [3]. Usando la aproximación auto-consistente de Born (SCBA) es posible estudiar la estructura espacial del holón [4] y plantear perspectivas sobre las interacciones relevantes que llevan estados ligados de holones [5]. [1] D. Greif, et al., Science 340, 1307 (2013); J. Koepsell, et al., Nature 572, 358 (2019). [2] Y. A. Izyumov, Physics-Uspekhi 40, 445 (1997). [3] C. L. Kane, et al., Phys. Rev. B 39, 6880 (1989); G. Martinez and P. Horsch, Phys. Rev. B 44, 317 (1991). [4] A. Ramšak and P. Horsch, Phys. Rev. B 57, 4308 (1998). [5] K. K. Nielsen, MABM, T. Pohl, and G. M. Bruun, Phys. Rev. B 104, 155136 (2021).

Módulo primario de generación de radiación láser para tecnologías cuánticas

Se presenta el desarrollo en el ámbito del proyecto de colaboración GRÁVICO de un módulo primario de generación de radiación láser de bajo costo, alto desempeño y precisión metrológica. Este se ha concebido como una de las componentes básicas de un gravímetro atómico compacto y transportable, pero sus características de costo, robustez y desempeño lo constituyen como una alternativa de fabricación nacional de herramientas básicas para una amplia variedad de tecnologías cuánticas. Este módulo se compone en primer lugar de un láser de diodo de cavidad externa en configuración cat-eye con el que se ha demostrado la generación de radiación de 780 nm sintonizada a las resonancias de la línea D2 del rubidio atómico y anchos de línea de tan solo 200 kHz. Esto incluye la fabricación de una fuente de alimentación de muy bajo ruido, así como la incorporación de sistemas de servo-control para la estabilización de la frecuencia del láser a las resonancias atómicas mediante la técnica de espectrocopía de absorción saturada, el uso de un modulador electro-óptico alimentado por un generador de radio frecuencia y un sistema de control de tipo lock-in, además de PIDs para control de temperaturas. Se incluye también una etapa de amplificación de la radiación láser mediante un amplificador de fibra angostada (Tapered Amplifier) capaz de generar hasta 1W de potencia de salida. Las componentes de radiación son acopladas a fibra óptica para su distribución a los otros módulos que componen el gravímetro atómico, como el de modulación encargado de generar herramientas de control atómico o el sistema de vacio en donde serán realizadas mediciones de la gravedad mediante técnicas de interferometría con ondas de materia. El sistema sistema completo estará contenido en un cajón comercial tipo rack de 19”. Se agradece el apoyo del proyecto PAPIIT IN117120, así como al CONACYT a través de los proyectos Fronteras de la Ciencia 157, FORDECYT 297126 y LANMAC 315838.

Modelos semiclásicos de enfriamiento por evaporación para gases degenerados cuánticos confinados en distintos potenciales externos

La posibilidad de crear muestras gaseosas a temperaturas ultrafrías, ha proveído de nuevo conocimiento acerca del comportamiento de gases degenerados cuánticos. Para la producción de dichas muestras, los átomos son confinados en potenciales externos y luego son sujetos al proceso de enfriamiento por evaporación (EE). Esta técnica es utilizada para enfriar gases a temperaturas tan bajas como unas cuantas decenas de nanokelvins. Dicho proceso de enfriamiento consiste en remover los átomos más energéticos de una muestra gaseosa. Después de la remoción de los átomos más energéticos, la muestra vuelve a llegar al equilibrio a una temperatura más baja que la inicial. Este proceso se puede utilizar para enfriar muestras gaseosas que cumplan distintas estadísticas cuánticas, tales como: Maxwell-Boltzmann, Bose-Einstein y Fermi-Dirac. En este trabajo, presentamos tres modelos semiclásicos para el enfriamiento por evaporación de una muestra gaseosa confinada en un potencial externo que obedezca alguna de las tres estadísticas mencionadas. Además, dichos modelos permiten calcular la temperatura y el número de átomos restantes una vez que los átomos más energéticos se hayan removido y la muestra haya llegado nuevamente al equilibrio.

Caracterización de las perturbaciones variacionales de fases de espín de BEC espinoriales con simetrías rotacionales

Condensados de Bose-Einstein (BEC) con espín diferente de cero como grado de libertad fueron creados por primera vez en 1998 [1], abriendo una nueva área de estudio en sistemas atómicos ultrafríos y de muchos cuerpos. El condensado obtiene fases de espín exóticas debido a las interacciones no triviales entre los espines, entre ellos hay varias fases con varias simetrías rotacionales que permiten estudiar física emergente tales como defectos topológicos no-abelianos (vórtices, skyrmions, etc.), entre otros [2]. La dependencia de estas fases de espín con la temperatura, en particular su estabilidad, se vuelve crucial para realizaciones experimentales. En esta charla, se caracterizan las variaciones perturbacionales cuando se pide que las fases de espín sigan teniendo una alta simetría rotacional específica. La caracterización se realiza a través de una generalización de la representación estelar de Majorana para estados mixtos de espín. Como aplicación de este formalismo, se calcula el diagrama de fases de espín-2 dependiente de la temperatura, usando la aproximación de Hartree-Fock [3]. E.S.-E. agradece la financiación a través de becas posdoctorales de CONACyT y DGAPA-UNAM. F.M. también agradece el financiamiento de DGAPA-UNAM a través del proyecto PAPIIT No. IN113920. [1] D. M. Stamper-Kurn, M. R. Andrews, A. P. Chikkatur, S. Inouye H.-J. Miesner, J. Stenger and W. Ketterle, Phys. Rev. Lett. 80, 2027 (1998). [2] Y. Kawaguchi and M. Ueda, Physics Reports 520, pp. 253-381 (2012). [3] E. Serrano-Ensástiga and F. Mireles, Phys. Rev. A 104, 063308 (2021).

Estudios de Dinámica Molecular y Mecánica Molecular/Área Superficial Poisson-Boltzmann entre proteína E de Chikungunya y fármacos de la FDA

El reposicionamiento de fármacos se ha vuelto un área de gran interés para atender la necesidad de tratamientos contra enfermedades huérfanas que por tener poca población justifican de manera muy somera la inversión requerida para el desarrollo de nuevos fármacos. Por otro lado, el empleo de la bioinformática y los métodos computacionales nos permiten probar in-silico una gran cantidad de potenciales fármacos contra targets específicos. La ventaja del método reside en que estos fármacos los cuales ya se encuentran aprobados requieren de una menor inversión para su reposicionamiento o reutilización contra otra enfermedad, ya se cuenta con ensayos clínicos y de toxicidad por lo que pueden ser un nicho de oportunidad para tratar otras enfermedades distintas para las que se crearon en un principio. En este trabajo se presenta la simulación computacional de la interacción del acoplamiento molecular de la proteína E de Chikungunya virus con dos fármacos de la base de datos de la FDA, los cuales presentaron mejor energía de interacción mediante AutoDock Vina de entre los 1615 fármacos aprobados por la FDA, adicionalmente se corroboró la energía de interacción mediante un modelo en agua empleando el software GROMACS en el clúster de Supercómputo del LNS y se realizó el análisis MM/PBSA el cuál ha mostrado ser un método de simulación de energía libre eficiente y confiable para modelar el reconocimiento molecular como las interacciones de unión proteína-ligando.

Algebraically solvable model for phonon-electron interactions in cycloacene molecules

The intrinsic polygonal symmetry of a cycloacene molecule composed of $h$ benzene rings is utilized to find the normal modes of electronic and vibrational degrees of freedom. A combined basis of electronic localized states and multiple Fock states is employed in an algebraic approach to explore transitions between energy levels of the molecule without rotational bands. Using the interaction picture, the possibility of a photon-phonon conversion process is considered. A criterion for this exchange is given in terms of frequencies, as well as its transition rates.

Primeros estados del átomo de hidrógeno 2D con potencial logarítmico

Se realiza un estudio de la ecuación de Schrödinger en dos dimensiones para el átomo de Hidrógeno, cuyo potencial logarítmico es solución a la ecuación de Poisson para una carga puntual en el plano. Usando en paralelo métodos variacionales y numéricos se estudiaron los estados más bajos y se obtuvo la menor energía reportada a la fecha. Se introdujo una función de onda compacta para el estudio de átomos hidrogenoides y se propone una función compacta para estudiar átomos tipo Helio.

Cálculos dft para estados electrónicos, decaimiento ultrarrápido y absorción no lineal de luz en colorantes catiónicos

El diseño de nuevos materiales que interaccionan con la luz está cobrando cada vez más importancia al punto que éstos se han convertido en piezas claves para impulsar el cambio tecnológico que acelerará el arribo de las más avanzadas tecnologías fotónicas[1], como por ejemplo la computación cuántica. En esta charla se hablará acerca de la caracterización óptica de materiales capaces de activarse por uso de luz y de los estados electrónicos involucrados en los procesos de absorción de dos fotones (2PA). Se presentará un panorama actualizado de la foto-física, del decaimiento ultrarrápido de estados electrónicos, y de la caracterización de las propiedades ópticas no lineales de un tipo de materiales llamados cianinas[2-4]. Se usará como caso estudio a la cianina IR780[5,6], enfatizando sobre las mediciones de 2PA por medio del uso del láser de femtosegundos que está instalado en el laboratorio AT001-UAM[7]. Se mostrarán resultados de las simulaciones de estados electrónicos de la IR780 a nivel DFT y TDDFT y se hablará sobre sus aplicaciones en el control de liberación de fragmentos moleculares. Referencias [1] Gupta, M. C., & Ballato, J. (Eds.). (2018). The handbook of photonics. CRC press [2] Guarin, C. A., J. P. Villabona-Monsalve, López-Arteaga, R., Peon, J. J. Phys. Chem. B 2013, 117(24): 7352-7362. [3] Kasatani, K., Kawasaki, M., & Sato, H. (1984). Short-wavelength fluorescence caused by sequential two-photon excitation of some cyanine dyes: Effect of solvent viscosity on the quantum yields. Chemical physics, 83(3), 461-469. [4]Rěhák, V., Novak, A., & Titz, M. (1977). S2→ S0 Fluorescence of cryptocyanine solutions. Chemical Physics Letters, 52(1), 39-42. [5] Guarin, C. A., Mendoza-Luna, L. G., Haro-Poniatowski, E., & Hernández-Pozos, J. L. (2021). Two-photon absorption spectrum and characterization of the upper electronic states of the dye IR780. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 24

Estudio en el infrarrojo medio del $CH_3OH$

En este trabajo se presenta la medición del coeficiente de absorción así como la sección transversal asociada al proceso de absorción de radiación en el infrarrojo medio de la transición roto-vibracional $n,J_{K_a, K_b}: 0,29_{1,29} - 1,28_{0,28}$ del alcohol metílico ($CH_3OH$) haciendo uso de un láser de $CO_2$ sintonizable y una celda foto-acústica. El experimento fue realizado a presiones por debajo de 1.0 Torr con una muestra de alta pureza de $CH_3OH$ (99.9%). Dada la buena reproducibilidad alcanzada del barrido del láser de $CO_2$ fue posible medir la temperatura del vapor, la sección transversal del proceso de dispersión de la luz infrarroja, la corrección a primer orden del efecto anarmónico del octavo modo normal de oscilación de la molécula. Para el éxito de esta serie de medidas fue determinante calcular la función de distribución roto-vibracional del estado $n, J_{K_a , K_b}:0,29_{1,29}$. Se comprueba la validez de la aproximación Born-Openheimer así como constatar que bajo nuestras condiciones experimentales es válida la ley de Beer.

Proceso, características y aplicaciones del recubrimiento de níquel-fósforo no electrolítico en los metales

El recubrimiento de níquel-fósforo no electrolítico, es un proceso químico que deposita una capa uniforme de aleación de este niquelado en la superficie de un sustrato sólido, como lo son los metales. Este proceso conlleva una serie de pasos indispensables para su elaboración, al igual que tiene sus características sobresalientes y un gran número de aplicaciones en la vida cotidiana.

Funciones de correlación densidad-densidad en el cruce BEC-BCS desbalanceado

Los avances experimentales han permitido crear gases atómicos ultrafríos, donde se puede modular la interacción efectiva entre átomos que se encuentren en dos estados hiperfinos. De esta forma se puede obtener un superfluido tipo Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) para interacciones débilmente atractivas, mientras que para interacciones fuertemente atractivas se forma un condensado de Bose-Einstein molecular (BEC). Para interacciones de magnitud intermedia se obtiene un continuo de estados cuánticos conocidos como cruce BEC-BCS. La existencia de dichos estados cuánticos depende del número de átomos en cada componente hiperfina, por lo que es interesante considerar el caso en que sean distintos (desbalance). Para un gas homogéneo a temperatura cero con interacción de contacto, en la aproximación de campo medio (estado de Sarma), estudiamos el comportamiento a grandes distancias de las funciones de correlación densidad-densidad entre componentes hiperfinas con distintos desbalances. En particular, se busca comparar su comportamiento con el caso balanceado.

Analogías de dos osciladores relativistas de Dirac-Moshinsky y modelos de dos cavidades

En el estudio de la ecuación de Dirac existe un sistema libre de la paradoja de Klein, que es equivalente a un oscilador armónico isotrópico con acoplamiento tipo espín-órbita, denominado oscilador de Dirac-Moshinsky (ODM). Existe una correspondencia de la forma funcional de estos Hamiltonianos relativistas con los no-relativistas de sistemas de óptica cuántica e interacción radiación-materia, exclusivamente con los modelos tipo Jaynes-Cummings (JC). En este sentido, los parámetros físicos tienen una equivalencia biyectiva, así, la aplicación de modelos tipo JC corresponden a una herramienta factible y experimentalmente realizable en un laboratorio de átomos fríos para estudiar la fenomenología asociada al ODM. Siguiendo esto, en este trabajo estudiamos un sistema de dos cavidades acopladas con átomos de dos niveles descritas por el modelo extendido de JC, así como un sistema de dos ODM acoplados, determinando sí las analogías que se cumplen para los casos sin acoplamiento persisten en los sistemas acoplados.

Espectroscopía de Bragg en la aproximación semi-clásica para sistemas de 2 y 3 niveles

Hay una gran diversidad de técnicas de diagnóstico óptico aplicadas actualmente a experimentos de gases cuánticos o ultrafríos, y una de estas corresponde a la espectroscopía de Bragg (EB). Este método es análogo a la EB en materia condensada, pero en este caso la materia es difractada por la luz. Así, la EB en gases cuánticos se sustenta en redes periódicas de luz, haciendo fundamental entender los fenómenos y el formalismo asociados a una red interactuando con un sistema atómico. En este trabajo se estudia la dinámica temporal y espacial de la EB mediante modelos de interacción radiación-materia, considerando principalmente átomos de dos y tres niveles, analizando su interacción con dos ondas viajeras contra-propagantes y ortogonales en la aproximación semi-clásica. Esto nos permite analizar detalladamente la estructura de los niveles atómicos interactuando con dos fotones, llevándonos a resolver sistemas de ecuaciones diferenciales parciales acopladas. El resultado será conocer la configuración en el espacio de momentos del gas atómico.

Cálculo de las bandas de energía y función de perdida de una monocapa de Difosfuro de Molibdeno MoP2 cuando se adsorbe una molécula de Oxido de Carbono

Usando simulaciones de dinámica molecular de primeros principios (FPMD) a presión atmosférica y 300 K, investigamos la adsorción, las bandas de energía y la función de perdida de una superficie del material 2D MoP2 cuando interacciona con una molécula de CO. Como primer paso, se encuentra la estructura de mínima energía de la interacción entre la monocapa de MoP2 y CO. Posteriormente, se calculan las bandas de energía, las funciones dieléctricas y la función de perdida para este nuevo sistema. La energía de adsorción en la superficie de MoP2 fue de 0,9398 eV .Con la adsorción de la molécula de monóxido de carbono, se observa que el material casi se convierte en un semiconductor, pero sigue siendo un metal. Para la función de perdida en el sistema MoP2-CO se observa que existen dos picos bien definidos, encontramos que la máxima perdida aparece a una energía de 11.3 eV, ubicado en la región ultravioleta con un valor de 5.6x10^15/s. Hemos realizado nuestros cálculos utilizando el código de Quantum Espresso , con la aproximación GGA y GGA modificado para interacciones Van der Waals.

Estudio del entrelazamiento en el modelo de Dicke con la base coherente eficiente y propuesta de optimización numérica

Este trabajo se suma a los esfuerzos de recientes años de implementar el uso de la base coherente eficiente (BCE) en el estudio del Hamiltoniano de Dicke ($\hat{H}_D$) puesto que esta acelera la convergencia de su eigensistema y, en consecuencia, permite explorar sistemas de mayor número de partículas. En la representación de la BCE, se encontraron los eigenestados de $\hat{H}_D$, se replicaron valores ya conocidos de sus entropías de entrelazamiento asociadas y se analizó la estructura de sus coeficientes para estimar la viabilidad de un truncamiento diferenciado como un algoritmo de optimización durante la diagonalización numérica.

Síntesis y caracterización estructural del sistema $Sn_{1-x} Te_{x}$

El estudio de calcogenuros binarios ha ido en aumento en los últimos años, debido al descubrimiento de los aislantes topológicos. Este tipo de materiales presentan características eléctricas duales, pueden comportarse como materiales conductores en la superficie y como aislantes en el bulto [1]. El descubrimiento de los materiales $Bi_{1-x}Sb_{x}$, $Sn_{1-x}Sb_{x}$ y $Bi_{1-x}Se_{x}$ como topológicamente no triviales [2-4], los convierte en posibles candidatos para ser considerados como superconductores topológicos (ST) [3]. Los ST muestran estados metálicos en la superficie mientras que en el bulto son superconductores. Los estados superficiales constan de fermiones de Majorana, lo que los hace adecuados para la computación cuántica. $$$$ En este trabajo se llevó a cabo la síntesis del sistema $Sn_{1-x}Te_{x}$, con x = 0.25 y 0.50, por reacción de estado sólido en atmósfera inerte. El estudio acerca de la pureza del compuesto, así como de la estructura cristalina se efectuó mediante la técnica de difracción de rayos X. La estructura cristalina que presenta es cúbica con grupo espacial $Fm\bar{3}m$ (No. 225). Posteriormente, se llevó a cabo el refinamiento por el método de Rietveld con la finalidad de describir cómo se modifica la estructura cristalina debido a los cambios en la estequiometría del compuesto. $$$$ [1] Zhang H.-J. et al. Phys. Rev. B 2009, 80, 085307. [2] Taskin A. A. et al. Phys. Rev. B 2009, 80, 085303. [3] Liu B. et al. Phys. Rev. Materials 2019, 3, 084603. [4] Zhang J.-B. et al. Appl. Surf. Science 2019, 28, 532-536. $$$$ Agradecimientos: Este proyecto ha sido parcialmente financiado por los proyectos DGAPA-UNAM IA105121, IN100222 e IN101421. J. L. Rosas-Huerta agradece la beca otorgada por la Dirección General de Asuntos del Personal Académico: Programa de Becas Posdoctorales en la UNAM y al Centro de Supercómputo - DGTIC-UNAM.

Simulación del enfriamiento láser y captura atómica usando la ecuación Fokker–Planck

La interacción entre luz y materia nos permite diseñar técnicas experimentales como las del enfriamiento láser, las cuales son ampliamente usadas para ``atrapar'' o ``desacelerar'' gases atómicos neutros a temperaturas menores a las decenas de milikelvin. Entre los ejemplos más conocidos de la literatura, se encuentran las trampas magneto-ópticas y los desaceleradores Zeeman, los cuales involucran conceptos fundamentales de la estructura atómica así como importantes propiedades de la luz como la polarización y la intensidad. Existen diferentes modelos para abordar este problema, en especial, con respecto al funcionamiento de los dispositivos mencionados que involucran campos magnéticos inhomogéneos o que varían como una función de la posición. En este trabajo se estudia los fenómenos de enfriamiento Doppler teórica y numéricamente, utilizando algunos modelos de dos niveles sumergidos en campos magnéticos y en la aproximación semiclásica de la luz, para reducir el sistema a un conjunto de ecuaciones diferenciales en el formalismo de matriz densidad y la ecuación de Fokker-Planck.

Síntesis y caracterización de la estructura cristalina por difracción de rayos X del sistema $Co_{x}Bi_{2}Se_{3}$

Los aislantes topológicos presentan una nueva estructura cuántica en la materia; se caracterizan por conductividad en la superficie mientras que el bulto actúa como aislante. Algunas aleaciones binarias presentan este comportamiento y sus propiedades físicas se pueden modificar al dopar la estructura cristalina con metales, en algunos casos se ha observado magnetismo, cambios en el tipo de los portadores de carga y superconductividad. El $Bi_{2}Se_{3}$ cristaliza en una estructura romboedral con grupo espacial $R\bar{3}m$ (No. 166) y se pueden introducir dopantes en sitios de bismuto o intercalados entre capas quíntuples dentro de la estructura. En este trabajo se realizó la síntesis en estado sólido en atmósfera inerte del $Bi_{2}Se_{3}$ utilizando cobalto como dopante: $Co_{x}Bi_{2}Se_{3}$ con $x$=0.1 y 0.2. La caracterización estructural se efectúo mediante difracción de rayos X en polvos y se empleó el refinamiento estructural por el método de Rietveld para ajustar los parámetros de red. $$ $$ Agradecimientos: Este proyecto ha sido parcialmente financiado por los proyectos DGAPA-UNAM IA105121, IN100222, IN101421. J. Pilo agradece la beca otorgada por la Dirección General de Asuntos del Personal Académico: POSDOC-UNAM y al Centro de Supercómputo - DGTIC-UNAM.

Una partícula confinada en una región circular plana en presencia de un campo eléctrico constante

En este trabajo estudiamos el sistema que consiste en un electrón que se mueve en el plano $x-y$, en una región circular impenetrable de radio $r_{_0}$, inmerso en un campo eléctrico constante. Para obtener las energías propias y las funciones de onda del sistema, utilizamos el método variacional lineal, utilizando como funciones base a las funciones de onda de la partícula confinada en una región circular. Presentamos de manera gráfica la variación de la energía como función de la magnitud del campo eléctrico, observamos el rompimiento de la degeneración de los estados excitados al aumentar el campo eléctrico. Como medidas de localización o deslocalización de la partícula calculamos la desviación estándar, la entropía de Shannon e información de Fisher, como función de la magnitud del campo eléctrico. Encontramos que para un radio de confinamiento fijo la entropía de Shannon en el espacio de configuración disminuye al aumentar la magnitud del campo eléctrico.

Síntesis por sales fundidas de Sr$_{2-x}$Y$_x$FeNbO$_6$: caracterización estructural y magnética

En las últimas décadas, las perovskitas dobles han llamado la atención gracias a sus posibles aplicaciones. Particularmente, estos compuestos que contienen hierro son materiales multifuncionales, prometedores debido a sus propiedades magnéticas y de magneto transporte. En este trabajo, estudiamos Sr$_2$FeNbO$_6$, uno de los materiales más estudiados que se conocen por ser uno de los mejores fotocatalizadores para la generación de energía [1-2]. El comportamiento estructural y magnético puede modularse mediante dopaje químico. En este trabajo estudiamos el efecto del dopaje con pequeñas cantidades de itrio en sitios de estroncio. Las muestras policristalinas obtenidas de Sr$_{2-x}$Y$_x$FeNbO$_6$ con x = 0.00, 0.05, 0.10, 0.15 fueron sintetizadas por el método de sales fundidas. La estructura cristalina se determinó usando difracción de rayos X y el análisis se efectuó mediante el refinamiento por el método de Rietveld. Las propiedades magnéticas se estudiaron por medio de mediciones de susceptibilidad magnética en función de la temperatura en condiciones de enfriamiento en ausencia de campo y enfriamiento en presencia de campo. Además, se efectuaron mediciones de magnetización en función del campo aplicado (0 a 9 T) a diferentes temperaturas. [1] Borse, P. H., et al. "Improved photolysis of water from ti incorporated double perovskite Sr2FeNbO6 lattice." Bulletin of the Korean Chemical Society 33.10 (2012): 3407-3412. [2] Tao, Shanwen, Jesus Canales-Vázquez, and John TS Irvine. "Structural and electrical properties of the perovskite oxide Sr2FeNbO6." Chemistry of materials 16.11 (2004): 2309-2316.

Influencia de los estados electrónicos de antenas moleculares en la transferencia de energía en complejos Lantánido-Ligante

Uno de los mecanismos mediante el cual una molécula excitada puede regresar a su estado fundamental es a través de la transferencia de energía resonante (TER) [1]. Este proceso ocurre entre un donador (D) y un aceptor (A), que de forma clásica se modela como una interacción tipo dipolo-dipolo [2], y mediante el estudio de los espectros de emisión y absorción, se puede analizar la eficiencia de TER. Un caso particular en donde TER se manifiesta son los complejos luminiscentes basados en iones lantánidos. En dichos complejos, el átomo central tiene transiciones f-f prohibidas, implicando bajos coeficientes de absorción y como consecuencia intensidades de luminiscencia débiles [3]. Sin embargo, si un ligante orgánico (por ejemplo 2,3,6-Tris(2-pyridyl)-1,3,5-triazine, TPTZ) reúne las características adecuadas puede funcionar como foto-sensibilizador (que actuaría como D) e incrementar la señal luminiscente del ion lantánido (ejemplo el Europio, el cual sería A) mediante transferencia de energía desde el D hacia el A. Dicho proceso que involucra TER es conocido típicamente como efecto antena [4]. En el presente estudio se emplean cálculos computacionales a nivel DFT para analizar los posibles estados electrónicos implicados en el efecto antena del complejo Eu–Ligante, con moléculas derivadas de TPTZ [5], los cuales serán la base para estudiar experimentalmente, por uso de láseres de femtosegundos, el proceso ultrarrápido de TER. Agradecemos a LANCAD y LSVP UAM-Iztapalapa por apoyo con horas de cómputo con el proyecto 26-2022.

Excitaciones colectivas en una trampa toroidal

La no-linealidad de los superfluidos atómicos confinados en trampas no homogéneas se ha demostrado ampliamente tanto experimentalmente como teóricamente en diferentes regímenes de interacción. La no-linealidad se manifiesta en diferentes formas y en particular con la colectividad de la muestra coherente. Por otra parte, desde el punto de vista experimental, la producción de una trampa toroide se hace de manera ingeniosa usando una trampa armónica atractiva cuasi-bidimensional y un haz de luz focalizado repulsivo en su centro; así, el gas cuántico se alojará en la región atractiva formando una geometría toroidal. Además, se pueden inducir excitaciones introduciendo un forzamiento periódico, ya sea en las frecuencias de la trampa armónica o en su interacción. En este trabajo caracterizamos las frecuencias normales inducidas por las excitaciones externas, específicamente de los distintos modos hidrodinámicos de un condensado de Bose-Einstein confinado en la trampa toroidal. También, se analiza el espectro de frecuencias de resonancia, en especial a los que se encuentran relacionados con los modos respiratorio, dipolar, cuadrupolar, usando la ecuación de Mathieu forzada.

Estudio de la dinámica de expansión de nanoplasmas mediante pulsos laser de NIR

Los agregados de gases nobles son sistemas de gran interés debido a su densidad de sólido y tamaño finito de orden nanométrico, que les permite absorber eficientemente grandes cantidades de energía cuando son expuestos a pulsos laser intensos, mucho mayores a las absorbidas por gases o incluso sólidos. Esa fuerte absorción se traduce en la eventual desintegración del clúster, durante la cuál emite iones y electrones de alta energía. A pesar de numerosos esfuerzos tanto experimentales como teóricos, muchos aspectos de la expansión y relajación de los clústers continúan sin ser completamente entendidas. Es sabido que los nanoplasmas poseen una frecuencia característica asociada con su densidad de carga, la cuál cambia en el tiempo conforme el sistema se expande. Si el sistema es expuesto a un segundo pulso laser con frecuencia adecuada, esta excitación resonante resulta en una absorción adicional de energía y la producción de iones aún más energéticos. Es por tanto posible, al menos en principio, mapear y seguir la evolución de la densidad electrónica del sistema mediante el uso de pulsos de longitud de onda variable para obtener un vistazo de la evolución temporal del nanoplasma. Exploramos esta idea tanto experimental como teóricamente utilizamos un esquema de pump-probe con barrido de longitud de onda, midiendo el espectro de energía cinética de los iones. Una serie de barridos es obtenida para longitudes de onda que van desde 1.0 hasta 2.5 µm, obteniéndose un mapeo con resolución temporal de la densidad y tamaño del clúster. Estos resultados se complementan con simulaciones de dinámica molecular, permitiéndonos entender mejor algunos de los aspectos más sutiles de la expansión del clúster.

Estudio ab-initio para la fluorescencia de luteolina en vacío y metanol

La luteolina (L) es uno de los flavonoides más comunes que existen y se encuentra en distintos tipos de plantas, incluyendo algunas frutas, vegetales y hierbas medicinales [1]. Estudios preclínicos han demostrado que este flavonoide posee una gran variedad de actividades farmacológicas, incluyendo actividades antioxidantes, antiinflamatorias, antimicrobianas y anticancerígenas [2]. En este trabajo se estudian sus propiedades de absorción y emisión utilizando el método TDDFT/M06-2X/6-31++G(d,p) con el esquema PCM para metanol y vacío, bajo la teoría ESIPT[3] (Excited State Intramolecular Proton Transfer) en el programa Gaussian16[4]. Los cálculos mostraron que en los disolventes utilizados: metanol y vacío, en estado excitado tienen mínimos locales, con todas las frecuencias positivas en las configuraciones L-enol y L-keto O5. Para el estado fundamental solo se obtienen mínimos de energía para la configuración L-enol. Las longitudes de onda para la absorción de L-enol resultan entre [291.85] nm y [258.81] nm, y para la emisión [623.18] nm para keto O5 y [380.50] nm en metanol notando similitud con los datos experimentales y con otros flavonoides. [1] H.-M. Lin, Yong; Shi, Ranxin; Wang, Xia; Shen, “Luteolin, a Flavonoid with Potential for Cancer Prevention and Therapy,” Curr. Cancer Drug Targets, vol. 8, 2008. [2] M. Lopez-Lazaro, “Distribution and Biological Activities of the Flavonoid Luteolin,” Mini Rev. Med. Chem., vol. 9, 2009. [3] Tong, C.; Shi, F.; Tong, X.; Shi, S.; Ali, I.; Guo, Y. “Shining Natural Flavonols in Sensing and Bioimaging”. TrAC Trends Anal. Chem. 2021, 137, 116222, doi:10.1016/j.trac.2021.116222. [4] Bauernschmitt, R.; Ahlrichs, R. “Treatment of Electronic Excitations within the Adiabatic Approximation of Time Dependent Density Functional Theory”. Chem. Phys. Lett. 1996, 256, 454–464, doi:10.1016/0009-2614(96)00440-X.

Cálculo de la energía libre de Gibbs para la molécula de quercetina en diferentes solventes por métodos ab-initio

La quercetina (Q) es una de las moléculas más ampliamente estudiadas debido a la abundancia con la que se encuentra de forma natural, resaltando por su actividad antioxidante y antitumoral [1]. En este trabajo se estudia su biodisponibilidad analizando su propiedad de solubilidad, elaborando un cuadro comparativo de sus energias de Gibbs obtenidas por el método M06-2X/6-31++G(d,p) [2] dentro del esquema SCRF para los solventes metanol, acetona, cloroformo y agua con ayuda del software Gaussian09. En el análisis se estudian energías de conformación de la molécula de Q, obteniendo que la estructura enol tiene el valor menor de -20.37 kcal/mol en metanol y el mayor en cloroformo de -15.91 kcal/mol. Para el tautómero keto-O3 hay un valor menor en metanol de -24.04 kcal/mol y mayor en cloroformo de -17.08 kcal/mol. En el tautómero keto-O5 hay un valor menor en metanol de -25.28 kcal/mol y mayor en cloroformo de -18.26 kcal/mol. Todos los cálculos proponen al metanol como el mejor solvente de los estudiados, coincidiendo con los datos experimentales, seguido por el agua, acetona y cloroformo. Esto último no coincide con los datos experimentales en donde la solubilidad de Q en el agua es muy por debajo de metanol y acetona[3]. [1] Russo, M.; Spagnuolo, C.; Tedesco, I.; Bilotto, S.; Russo, G.L. The Flavonoid Quercetin in Disease Prevention and Therapy: Facts and Fancies. Biochem. Pharmacol. 2012, 83, 6–15, doi:10.1016/j.bcp.2011.08.010. [2] Zhao, Y.; Truhlar, D.G. The M06 Suite of Density Functionals for Main Group Thermochemistry, Thermochemical Kinetics, Noncovalent Interactions, Excited States, and Transition Elements: Two New Functionals and Systematic Testing of Four M06-Class Functionals and 12 Other Functionals. Theor. Chem. Acc. 2008, 120, 215–241, doi:10.1007/s00214-007-0310-x. [4] T. Prutskij, A. Deriabina, F. J. Melendez, M. E. Castro, L.Castillo Trejo, G. D. Vazquez Leon, E.Gonzalez, Concentration-dependent fluorescence emission of quercetin,

Efectos de polarización de la luz y bombeo óptico en la saturación de la fluorescencia de la línea D2 en Rubidio atómico

En este trabajo se presenta un estudio de la fluorescencia producida por el decaimiento del nivel 5P3/2 en átomos de rubidio en estado gaseoso. El trabajo consiste de una parte experimental en la cual se toman espectros de la línea D2, particularmente de la transición 5S1/2 F=1 a 5P3/2 en rubidio 87 y una parte teórica que reproduce con gran detalle las características de los espectros registrados. En la parte experimental se utiliza un láser de diodo de cavidad externa (ECDL por sus siglas en inglés) que emite luz infrarroja linealmente polarizada con longitud de onda de 780 nm y que puede ser sintonizado a las transiciones de la línea D2 del rubidio atómico. Un haz proveniente de este láser se hace pasar dos veces en configuración de haces contrapropagantes por una celda de espectroscopia que contiene vapor de rubidio. La intensidad se controla utilizando una placa retardadora de media onda en conjunto con un cubo divisor polarizador, mientras que su polarización se controla utilizando placas retardadoras de media y un cuarto de onda. La detección de la fluorescencia se realiza en dirección perpendicular a la propagación de los haces. Se observan y registran perfiles espectrales con ensanchamiento Doppler característicos de la línea D2 del rubidio con líneas de saturación en las resonancias atómicas y sus entrecruzamientos. Para la teoría, se dedujo la ecuación maestra de evolución del operador de densidad generando las ecuaciones ópticas de Bloch y añadiendo términos de Lindblad para modelar los decaimientos espontáneos. En este modelo se incluye la estructura hiperfina y subniveles magnéticos de la transición 5S1/2 F=1 a 5P3/2 en rubidio 87 y se resolvió para una configuración de haces con polarizaciones lineales paralelas. El excelente acuerdo entre la teoría y el experimento nos permite identificar efectos de bombeo óptico y su dependencia con la polarización de los haces. Se agradece el apoyo PAPIIT IN117120, y al CONACYT a través del LANMAC (LANMAC)

La molécula de hidrógeno confinada dentro de una cavidad esferoidal prolata con potencial finito

Se usa el modelo de ligadura de valencia, propuesto por W. Heitler y F. London en 1927, para construir una función de prueba variacional que permite obtener una buena estimación de la energía del estado base de la molécula de hidrógeno confinada en una cavidad esferoidal prolata de paredes penetrables. Con dicha función se realizó una estimación de la energía del estado base y de la longitud de enlace; se calculó la presión debida al confinamiento y la dependencia de la longitud de enlace de la molécula como una función de dicha presión. Se investigó el caso de la molécula confinada en cavidades esferoidales con paredes impenetrables y, también, el caso de cavidades con paredes penetrables. En el cálculo se usaron coordenadas esferoidales prolatas que son compatibles con la geometría del confinamiento. Los resultados obtenidos se compararon con resultados numéricos existentes en la literatura y con valores experimentales.

Estudio teórico comparativo de reactividad acido-base en cúmulos basados en titania y alúmina

Los óxidos de titania $(TiO_2)$ y alúmina $(Al_2O_3)$ han sido ampliamente estudiados desde la perspectiva experimental por sus aplicaciones como catalizadores y soportes catalíticos en la producción de compuestos de alto valor agregado. Un soporte catalítico debe poseer alta área superficial, así como estabilidad térmica y química. La titania es conocida por sus excelentes propiedades catalíticas pero menor área superficial en comparación con otros sistemas. Por otro lado, la alúmina tiene una mayor área superficial, pero menores propiedades catalíticas, En este trabajo presentamos un estudio teórico comparativo de reactividad acido-base sobre la selección de cúmulos: $(TiO_2)_{10}$, $(Al_2O_3)_8$, y el oxido mixto de alúmina-titania $Ti_5Al_8O_{22}$. El $Ti_5Al_8O_{22}$ puede entenderse como una composición de los sistemas $(TiO_2)_5$ y $(Al_2O_3)_4$; manteniendo una relación en masa de aproximadamente 50:50 entre los moles de titania y alúmina que lo componen. Para todos los cúmulos considerados, la acidez en fase gas fue estudiada mediante la interacción del ion $H^+$ con los sitios de oxígeno mientras que la basicidad se prueba mediante la interacción del $NH_3$ molecular con los sitios de titanio. Todos los cálculos finales fueron realizados con el software Gaussian 16 al nivel PBE0/Def2-TZVP. Se presentan las soluciones de mínima energía para cada caso, comparando las brechas HOMO-LUMO y las energías de adsorcion relativas, ademas se muestran los valores de dureza química ($\eta$) y el índice de electrofilia ($\omega$). Agradecemos al Conacyt (Grant A1-S-26876) por el apoyo financiero.

Entropías de la información para el Átomo de Helio Confinado

En este trabajo se estudia el estado base del átomo de helio confinado en una barrera impenetrable utilizando la entropía de Tsallis y la complejidad Fisher-Shannon como una medida de la energía de correlación. Se utilizó una función de onda tipo Hylleraas muy sencilla en la cual interviene únicamente un termino que contiene la correlación electrónica y se comparó con una función de onda sin incluir correlación electrónica para poder analizar como es afectada la distribución de la densidad electrónica.