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V Jornadas Científicas de la Escuela de Física
Encuentro anual para compartir los resultados de investigación de la Escuela de Física de la Universidad Industrial de Santander. Como en años anteriores, los distintos grupos de investigación presentarán sus resultados de investigación del presente año. Los estudiantes de pre y postgrado de la Escuela compartirán los avances de sus propuestas de investigación en la forma de una muestra de carteles virtuales.
Las observaciones cinemáticas de galaxias son una fuente de información importante sobre las propiedades, formación y evolución de dichos objetos. Las curvas de rotación, además, permiten cuantificar su contenido de materia oscura. Por otro lado, las simulaciones cosmológicas de formación de estructuras, que han logrado reproducir con éxito un gran número de observaciones en el contexto del paradigma cosmológico ΛCDM, exhiben discrepancias notables respecto a ese tipo de observaciones. Una de las disyuntivas más recientemente reportadas, es la diversidad de formas en las curvas de rotación de galaxias enanas en el Universo local, la cual contrasta con la aparente homogeneidad de formas en las curvas de rotación de galaxias formadas en simulaciones cosmológicas hidrodinámicas.
Estudios anteriores sobre problemas similares, han mostrado que discrepancias de este tipo pueden aliviarse al considerar el efecto de factores observacionales en esta comparación. Inspirados en dicha premisa en este trabajo se realizaron una serie de experimentos controlados con observaciones sintéticas para cuantificar el impacto de los efectos sistemáticos en la diversidad de curvas de rotación de las observaciones. Para ello se generaron cubos de datos sintéticos tipo IFU a partir de simulaciones de galaxias enanas aisladas en equilibrio de rotación, teniendo en cuenta de forma realista efectos observacionales como: la inclinación, la resolución espacial, el poder espectral, la línea de emisión, el tipo de observación y la distancia. En conclusión, nuestros experimentos muestran que la inclusión de efectos sistemáticos puede reproducir, de forma espontánea, hasta un 47 % de la diversidad reportada en las observaciones, aún partiendo de modelos idealizados de galaxias. Esto alivia la tensión entre observaciones y simulaciones, al realizar comparaciones mas significativas entre ambos tipos de datos, sin la necesidad de alterar el modelo cosmológico estándar de materia oscura fría.
Heteroanionic materials have recently positioned in the center of multiple investigations. The latter is motivated by the physical, optical, and chemical properties that can emerge when properly combining different, but compatible anions, within the same compound. Oxynitride perovskite compounds have shown to offer a wide range of different tunable properties depending on the O/N rate, for instance, the absorption of light in the visible regime makes them ideal candidates for photocatalysis applications where polar compounds offer a notable advantage [1].
In this study, we theoretically explored the origin of the polar and ferroelectric responses experimentally observed in perovskite oxynitrides SrNbO2N and SrTaO2N [2,3]. With this aim, first-principles calculations of the structural and vibrational properties were performed. We show that such ferroelectric behavior is extremely sensitive to the anionic ordering in both Sr(Nb,Ta)O2N systems, where cis- and trans- orderings are identified as the most probable orderings in the crystals. Furthermore, We found that both cis- and trans- type can hold ferroelectricity, although the mechanisms in how such a stable phase emerges in each ordering are quite different. Aditionally, we show that spontaneous polarization characterizing such ferroelectric phases can be considerably enhanced by applying in-plane epitaxial strain, achieved by using strontium titanate as substrate.
Piezoelectric cement-based materials can be employed for the development of intelligent and sustainable civil infrastructure either by working as an energy harvesting medium or by sensing the stress state of structural elements. The use of metallic nanoparticles as an active phase in Portland cement matrices has great potential, being gold nanoparticles a little-studied option to increase the free electrical charge and improve the matrix piezoelectric response. In this work, we introduce the theory of piezoelectricity for large deformations without including a functional for the energy. Besides, we show a set of two generating equations in terms of a free energy's function for later it will be reduced to constitutional equations of piezoelectricity for infinitesimal deformations. Since the experimental component, this research studies the piezoelectric properties of Portland cement pastes blended with 442 ppm and 658 ppm of gold nanoparticles and cured under a constant electric field. Also, we correlate the theoretical and experimental piezoelectric parameters for small deformations. The nanoparticles were synthesized by pulsed laser ablation in water. Electrical impedance spectroscopy was used to measure the total resistance of the matrix and open circuit potential measurements coupled with mechanical load application were carried out to determine the piezoelectric activity of the composite. Here is shown piezoelectric and electrical parameters of gold nanoparticles mixed to cement paste: the elasticity parameter 𝑌=323.5±75.3 [𝑘𝑁/𝑚2], the electroelastic parameter 𝛾=−20.5±6.9 [𝑚𝑉/𝑘𝑁], and dielectric constant 𝜀=(939.6±82.9)𝜀0 [𝐹/𝑚], which have an interpretation as linear theory parameters 𝑠𝐷𝑖𝑗𝑘𝑙, 𝑔𝑘𝑖𝑗 and 𝜀𝑇𝑖𝑘. About the experimental measurements, we found that the total electrical resistance of the composite decreased with the inclusion of nanoparticles and that the piezoelectric response increased both with the amount of gold and the application of a constant electric field in the curing process. Thus we concluded that it is possible to obtain a gold/cement composite with piezoelectric properties using small amounts of gold in its composition.
En esta sesión discutiremos los carteles con los avances de investigación de pre y postgrado de la Escuela de Física de la Universidad Industrial de Santander
MuTe es un telescopio de muones híbrido que obtendrá imágenes de densidad de volcanes mediante la medición de la atenuación del flujo de muones atmosféricos según la cantidad de roca que cruzan a diferentes ángulos. El hodoscopio de MuTe reconstruye 3841 direcciones diferentes alcanzando una resolución angular de 32 mrad para una distancia entre paneles de 2,5 m. El MuTe tiene una resolución espacial de ~ 25,6 m, asumiendo una distancia de 800 m al volcán.
Teniendo en cuenta que la muografía es contaminada por eventos procedentes de diferentes fuentes físicas como: muones ascendentes, muones dispersos, partículas del componente suave de las lluvias aéreas extensas y partículas que llegan simultáneamente, MuTe incorpora dos sistemas de identificación de partículas para filtrar estos eventos falsos: un detector Cherenkov de agua (WCD) y un sistema de tiempo de vuelo (ToF). El WCD mide la pérdida de energía (> 50 MeV) de las partículas detectadas (muones o fondo) permitiendos diferenciar muones individuales, electrones/positrones y eventos de múltiple-partícula. Por otro lado, utilizando el sistema ToF (con resolución de ~ 50 ps), Mute puede estimar el momentum de los muones detectados estableciendo un umbral de energía para reducir la contribución de fondo de los muones dispersos. Los muones ascendentes se filtran utilizando la dirección de llegada de las partículas detectadas -determinada por el sistema ToF.
En este trabajo se cuantifica el aporte de cada una de estas fuentes de ruido al fondo en la muografía usando los datos colectados por MuTe.
Una Red Compleja es la representación en lenguaje de grafos de un Sistema Complejo. Esta puede ser construida únicamente al conocer los nodos y enlaces que definen el sistema a estudiar. En este proyecto se propone un modelo físico como alternativa para la reconstrucción de redes complejas a partir del conocimiento nulo de estos enlaces. Específicamente se enfoca en redes propias de sistemas sociales dinámicos: Partidos de Fútbol. Se introduce una combinación de condiciones espacio-temporales que actúan sobre el seguimiento de visión artificial de los jugadores, con el fin de identificar las interacciones base en el sistema: Los pases. La principal novedad de este modelo se basa entonces en dicha reconstrucción de la red con base únicamente en la evolución de las interacciones entre los agentes del sistema, metodología que hasta la fecha no se encuentra en la literatura. Se usan diferentes métodos para estimar la eficiencia del modelo propuesto, como lo son: La curva de Característica Operativa del Receptor (curva ROC), El evalúo de distancia Euclidiana, La divergencia de Jensen-Shannon y Coeficientes propios de la teoría de redes (Shortest Path y Clustering). Al implementar el modelo creado se recupera un promedio de pases reales mayor al 90%, se obtiene dentro del espacio de configuración una zona tentativa a captura de falsos-positivos, y se genera una combinación de parámetros óptimos bajo los cuales la reconstrucción de la red presenta alta similitud estadística en el comportamiento real del sistema deportivo. Estos resultados avalan en una primera instancia el funcionamiento del modelo físico creado. Finalmente, este proyecto abre una ventana no solo a una nueva alternativa de generación de redes complejas, sino a una nueva metodología para la identificación de los enlaces que definen la interacción entre los agentes del sistema.