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Resumen Las nanopartículas de cobre (NPsCu), pueden ser sintetizadas por métodos químicos, físicos y biológicos y caracterizadas por una gama de técnicas entre las que podemos mencionar la microscopia electrónica de trasmisión (TEM), dispersión dinámica de luz (DLS), difracción de rayos X entre otras. Las NPsCu destacan por su potente actividad antimicrobiana muy aprovechada en la industria de los alimentos, anticancerígena y servir como transportador de drogas. En este artículo de revisión se destaca la versatilidad de las NPsCu como antimicrobiano y como a través del uso de productos naturales se puede obtener de una forma más económica y menos contaminante las NPsCu. Abstract Copper nanoparticles (NPsCu) can be synthesized by chemical, physical and biological methods and characterized by a range of techniques including transmission electron microscopy (TEM), dynamic light scattering (DLS), X-ray diffraction and others. The NPsCu stand out for their potent antimicrobial activity, which is widely used in the food industry, anticancer and as a drug transporter. This review article highlights the versatility of NPsCu as antimicrobial and how through the use of natural products it can be obtained NPsCu in a more economical and less polluting way.

Durant les darreres dècades, els dispositius electrònics han esdevingut essencials per a la nostra societat i es poden trobar al nostre voltant en tots els aspectes de la nostra vida quotidiana. Un exponent paradigmàtic és l'Internet de les Coses (IoT), que va des dels electrodomèstics intel·ligents de casa nostra fins a aplicacions i dispositius sanitaris. Efectivament, això ha estat possible gràcies a l'avanç tecnològic en les tècniques de fabricació; cosa que ha permès, seguint la tendència de la Llei de Moore, nivells més grans d'integració. Això últim ha donat lloc al desenvolupament de diversos dispositius i/o tecnologies (per exemple: smartphones, realitat virtual, superordinadors…), que ha canviat la nostra forma de vida a tot el món i ha portat la humanitat a nivells de confort inimaginables fa unes dècades. Tot i això, el requisit de nivells d'integració encara més alts per mantenir-se al dia amb els de Moore està portant la tecnologia actual al seu límit fonamental, és a dir, la mida atòmica. És en aquest context que per salvar la llei de Moore, a més de l'escalat continu de les dimensions dels MOSFET, s'estan explorant noves estructures i materials (com a dispositius emergents), com els basats en grafè i/o materials orgànics. Tot i això, la variabilitat trobada en aquests dispositius i els problemes de fiabilitat s'han tornat cada vegada més importants amb cada node tecnològic i, especialment, amb els dispositius emergents. Finalment, és important assenyalar que les fonts de variabilitat i els mecanismes d'envelliment solen estar relacionats amb les propietats a nanoescala dels materials, per la qual cosa es requereixen eines a nanoescala per al seu anàlisi, com tècniques relacionades amb la microscòpia de força atòmica (AFM). Aquesta tesi està centrada en aquest tema. Hem desenvolupat/millorat diferents configuracions i/o metodologies per correlacionar fonts de variabilitat a nanoescala (observades amb tècniques relacionades amb AFM) o mecanismes d'envelliment amb el seu impacte en les característiques del nivell del dispositiu dels dispositius corresponents. En particular, s'han aplicat a MOSFET i dispositius emergents com ara grafé-FET i l'organic TFT. La tesi s'estructura de la manera següent; El Capítol 1 presenta els conceptes fonamentals per comprendre els resultats presentats a la tesi. Al Capítol 2, presentem detalladament les tècniques avançades de caracterització utilitzades al llarg d'aquesta tesi, com la microscòpia Kelvin Prove Force (KPFM) i la Microscòpia de Força Atòmica Conductiva (CAFM), que s'utilitzen per obtenir informació a nanoescala. El Capítol 3 està dedicat a l'avaluació de l'efecte de la policristalinitat dels metalls de comporta i els dielèctrics d'alta k sobre la variabilitat dels MOSFET, mitjançant la combinació de dades experimentals obtingudes a la nanoescala, amb CAFM i KPFM, i simulacions. Al Capítol 4, presentem una nova configuració experimental intel·ligent i flexible que combina mesures a nivell de dispositiu i nanoescala en dispositius completament processats, mitjançant l'ús d'un analitzador de paràmetres de semiconductors i CAFM, que s'aplica per avaluar tant a nivell de nanoescala com a nivell de dispositiu els efectes de tensió elèctrica en transistors basats en grafè. Finalment, al Capítol 5 presentem un estudi a nivell de dispositiu i KPFM de l'impacte de l'estrès elèctric a les propietats dels OTFT. Durante las últimas décadas, los dispositivos electrónicos se han vuelto esenciales para nuestra sociedad y se pueden encontrar a nuestro alrededor en todos los aspectos de nuestra vida cotidiana. Un exponente paradigmático de ello es el Internet de las Cosas (IoT), que va desde los electrodomésticos inteligentes de nuestras casas hasta aplicaciones y dispositivos sanitarios. Efectivamente, esto ha sido posible gracias al avance tecnológico en las técnicas de fabricación; lo que ha permitido, siguiendo la tendencia de la Ley de Moore, mayores niveles de integración. Esto último ha dado lugar al desarrollo de diversos dispositivos y/o tecnologías (por ejemplo: smartphones, realidad virtual, superordenadores…), que ha cambiado nuestra forma de vida en todo el mundo y ha llevado a la humanidad a niveles de confort inimaginables unos hace unas décadas. No obstante, el requisito de niveles de integración aún más altos para mantenerse al día con los de Moore está llevando la tecnología actual a su límite fundamental, es decir, el tamaño atómico. Es en ese contexto, que para salvar la ley de Moore, además del escalado continuo de las dimensiones de los MOSFET, se están explorando nuevas estructuras y materiales (como dispositivos emergentes), como los basados en grafeno y/o materiales orgánicos. Sin embargo, la variabilidad encontrada en estos dispositivos y los problemas de fiabilidad se han vuelto cada vez más importantes con cada nodo tecnológico y, especialmente, con los dispositivos emergentes. Finalmente, es importante señalar que las fuentes de variabilidad y los mecanismos de envejecimiento suelen estar relacionados con las propiedades a nanoescala de los materiales, por lo que se requieren herramientas a nanoescala para su análisis, como técnicas relacionadas con la microscopía de fuerza atómica (AFM). Esta tesis se centra en este tema. Hemos desarrollado/mejorado diferentes configuraciones y/o metodologías para correlacionar fuentes de variabilidad a nanoescala (observadas con técnicas relacionadas con AFM) o mecanismos de envejecimiento con su impacto en las características del nivel del dispositivo de los dispositivos correspondientes. En particular, se han aplicado a MOSFET y dispositivos emergentes tales como el grafeno-FET y el orgánico TFT. La tesis se estructura de la siguiente manera; El Capítulo 1 presenta los conceptos fundamentales para comprender los resultados presentados en la tesis. En el Capítulo 2, presentamos en detalle las técnicas avanzadas de caracterización utilizadas a lo largo de esta tesis, como la microscopía Kelvin Prove Force (KPFM) y la Microscopía de Fuerza Atómica Conductiva (CAFM), que se utilizan para obtener información a nanoescala. El Capítulo 3 está dedicado a la evaluación del efecto de la policristalinidad de los metales de compuerta y los dieléctricos de alta k sobre la variabilidad de los MOSFET, mediante la combinación de datos experimentales obtenidos a nanoescala, con CAFM y KPFM, y simulaciones. En el Capítulo 4, presentamos una nueva configuración experimental inteligente y flexible que combina medidas a nivel de dispositivo y a nanoescala en dispositivos completamente procesados, mediante el uso de un analizador de parámetros de semiconductores y CAFM, que se aplica para evaluar tanto a nivel de nanoescala como a nivel de dispositivo los efectos de tensión eléctrica en transistores basados en grafeno. Finalmente, en el Capítulo 5 presentamos un estudio a nivel de dispositivo y KPFM del impacto del estrés eléctrico en las propiedades de los OTFT. During the last decades, electronic devices have become essential for our society and can be found around us in all aspects of our daily life. A paradigmatic exponent of this is the Internet of Things (IoT), which ranges from smart appliances in our houses to healthcare applications and devices. Indeed, this has been possible thanks to the technological advance in fabrication techniques; which has allowed, following the trend of Moore's Law, for higher integration levels. This last has led to the development of several devices and/or technologies (e.g.: smartphones, virtual reality, supercomputers…), which has changed our way of life all around the world and has led humanity to levels of comfort that were unimaginable a few decades ago. Nonetheless, the requirement of even higher integration levels to keep up with the Moore's is pushing the current technology to its fundamental limit, i.e. the atomic size. It is in that context, that to save Moore's law, besides the continuous scaling of MOSFETs dimensions, new structures and materials (as emerging devices) are being explored, as those based on graphene and/or organic materials. However, the variability found in these devices and reliability issues have become increasingly important with each technological node and, specially, with emerging devices. Finally, it is important to remark that variability sources and aging mechanisms are usually related to nanoscale properties of the materials, thus requiring nanoscale tools for their analysis as Atomic Force Microscopy (AFM) related techniques. This thesis is focused on this topic. We have developed/improved different setups and/or methodologies to correlated nanoscale (observed with AFM related techniques) variability sources or aging mechanisms with their impact on device level characteristics of the corresponding devices. In particular, they have been applied to MOSFETs and emerging devices as graphene-FETs and Organic TFT. The Thesis is structured as follows; Chapter 1 presents the fundamental concepts to understand the results presented in the thesis, In Chapter 2, we present in detail the advanced characterization techniques used throughout this thesis, such as Kelvin Prove Force microscopy (KPFM) and Conductive Atomic Force Microscopy (CAFM), used to obtain nanoscale information. Chapter 3 is devoted to the evaluation of the effect of the polycrystallinity of gate metals and high-k dielectrics on the MOSFETs variability, by combining experimental data obtained at the nanoscale with CAFM and KPFM and simulations. In Chapter 4, we present a new smart and flexible experimental set-up that combines device level and nanoscale measurements on fully processed devices, by using a Semiconductor Parameter Analyzer and CAFM, which applies to evaluate at the nanoscale and at device level the effects of an electrical stress in graphene based transistors. Finally, in Chapter 5 we present a KPFM and device level study of the impact of electrical stress on the properties of the OTFTs.

[ES] Las zeolitas son materiales microporosos cristalinos formados por una red de tetraedros TO4 (T = Si, Al, Ti, ...) interconectados entre sí compartiendo átomos de oxígeno, que generan estructuras tridimensionales definidas por poros y cavidades de dimensiones moleculares. Su capacidad como tamices moleculares, junto con la gran diversidad de sólidos zeolíticos descritos en lo que respecta a topologías de poro, tipos de cavidades, composición química y propiedades texturales, hace de este tipo de materiales importantes catalizadores heterogéneos en procesos de gran interés para la industria química. La presente tesis doctoral busca la síntesis de zeolitas con propiedades fisicoquímicas y texturales controladas, especialmente en lo referente al tipo de cavidad catalítica, la distribución de los centros activos y el control del tamaño de cristal, para su posterior aplicación como catalizadores en reacciones de interés. La primera parte de este trabajo se centra en la síntesis de zeolitas de poro pequeño de estructura tipo CHA con una distribución homogénea de los centros ácidos de aluminio a lo largo de todo el cristal. Para ello, se ha combinado el uso de un agente director específico para dicha estructura con precursores cristalinos. El procedimiento utilizado permite la preparación del material con un tamaño de cristal nanométrico. Esta zeolita ha mostrado ser un catalizador eficiente y estable para el proceso de metanol a olefinas ligeras, alternativa de gran interés en la actualidad frente al uso del petróleo como precursor de ese tipo de compuestos. En la segunda parte de la tesis doctoral se presentan nuevos agentes directores de estructura orgánicos (ADEOs) de constitución sencilla, formados por una parte cíclica directora y una cadena alifática corta, que permiten la preparación de zeolitas clásicas (ZSM-5, Beta y MCM-22) en sus formas nanocristalinas. El control de las propiedades texturales, especialmente en lo que concierne al tamaño de cristal, implica importantes mejoras catalíticas en procesos con limitaciones de tipo difusional para reactivos y/o productos. En ese sentido, el desarrollo de métodos de síntesis eficientes que empleen moléculas directoras de bajo coste facilitaría el empleo real de las zeolitas nanocristalinas a nivel industrial. Finalmente, la última parte propone un nuevo paradigma en la preparación de zeolitas: la síntesis a medida de materiales zeolíticos para su uso como catalizadores en reacciones químicas preestablecidas. El principal objetivo es diseñar sólidos con un perfecto control de la cavidad catalítica, capaces de maximizar las interacciones con los estados de transición de la reacción objetivo, empleando mímicos de dichos intermedios de reacción como ADEOs. Esta táctica evitaría el procedimiento heurístico utilizado tradicionalmente en la búsqueda de la zeolita más activa para un determinado proceso químico. A modo de ejemplo, esta metodología novedosa de síntesis se ha aplicado en la preparación de catalizadores para la síntesis de adamantano y reacciones de cicloadición de tipo Diels-Alder., [CA] Les zeolites són materials microporosos cristal·lins formats per una xarxa de tetraedres TO4 (T = Si, Al, Ti, ...) interconnectats entre si compartint àtoms d'oxigen, que generen estructures tridimensionals definides per porus i cavitats de dimensions moleculars. La seva capacitat com tamisos moleculars, juntament amb la gran diversitat de sòlids zeolítics descrits pel que fa a tipologies de porus, cavitats, composició química i propietats texturals, fa d'aquest tipus de materials importants catalitzadors heterogenis en processos de gran interès per la indústria química. La present tesi doctoral busca la síntesi de zeolites amb propietats fisicoquímiques i texturals controlades, especialment pel que fa al tipus de cavitat catalítica, la distribució dels centres actius i el control de la grandària de cristall, per a la seua posterior aplicació com a catalitzadors en reaccions d'interès. La primera part d'aquest treball se centra en la síntesi de la zeolita de porus petit CHA amb una distribució homogènia dels centres àcids d'alumini al llarg de tot el cristall. Per a això, s'ha combinat l'ús d'un agent director d'estructura orgànic (ADEO) específic per aquesta estructura amb precursors cristal·lins. El procediment utilitzat permet la preparació del material amb una grandària de cristall nanomètrica. Aquesta zeolita ha mostrat ser un catalitzador eficient i estable per al procés de metanol a olefines lleugeres, alternativa de gran interès en l'actualitat davant l'ús del petroli com a precursor d'aquest tipus de compostos. A la segona part de la tesi doctoral es presenten nous ADEOs de constitució senzilla, formats per una part cíclica directora i una cadena alifàtica curta, que permeten la preparació de zeolites clàssiques i de rellevància industrial (ZSM-5, Beta i MCM-22) en les seves formes nanocristal·lines. El control de les propietats texturals, especialment pel que fa a la grandària de cristall, implica importants millores catalítiques en processos amb limitacions de tipus difusional per reactius i / o productes. En aquest sentit, el desenvolupament de mètodes de síntesi eficients que empren molècules directores de baix cost facilitaria l'ocupació real de les zeolites nanocristal·lines a nivell industrial. Finalment, l'última part proposa un nou paradigma en la preparació de zeolites: la síntesi a mida de materials zeolítics per al seu ús com a catalitzadors en reaccions químiques preestablides. El principal objectiu és dissenyar sòlids amb un perfecte control de la cavitat catalítica, capaços de maximitzar les interaccions amb els estats de transició de la reacció objectiu, emprant mímics d'aquests intermedis de reacció com ADEOs. Aquesta tàctica evitaria el procediment heurístic utilitzat tradicionalment en la recerca de la zeolita més activa per a un determinat procés químic. A tall d'exemple, aquesta metodologia nova de síntesi s'ha aplicat en la preparació de catalitzadors per a la síntesi de adamantà i reaccions de cicloadició de tipus Diels-Alder., [EN] Zeolites are crystalline microporous materials formed by interconnected TO4 tetrahedra (T = Si, Al, Ti, ...), which create three-dimensional structures defined by pores and cavities of molecular dimensions. Their capacity as molecular sieves, together with the fine-tune control of their properties, including pore topology, cavities, chemical composition or textural properties, among others, make zeolites essential heterogeneous catalysts for industrially-relevant chemical processes. This doctoral thesis seeks the synthesis of zeolites with controlled physicochemical and textural properties, especially focusing on the type of the catalytic cavity, the distribution of the active sites and the control of the crystal size, for their application as heterogeneous catalysts in reactions of interest. The first part of this work attempts the synthesis of the small pore CHA zeolite with a homogeneous distribution of the acidic aluminium centres through the entire crystals. For this, the use of a specific organic structure-directing agent (OSDA) for this zeolite has been combined with crystalline precursors. The procedure described allows the preparation of the high-silica CHA material with a nanometric crystal size. This zeolite performs as an efficient and stable catalyst for the transformation of methanol to light olefins process, which has been proposed as an attractive alternative to the petroleum-based route to obtain these products. In the second part of this thesis, new simple OSDAs combining a directing cyclic part and a short aliphatic chain have been proposed for the preparation of classical and industrially-relevant zeolites (ZSM-5, Beta and MCM-22) in their nanocrystalline forms. The control of textural properties, especially with regard to crystal size, implies significant catalytic improvements in processes with diffusion limitations for reagents and/or products. In this sense, the development of efficient synthesis methods employing low-cost OSDA molecules would facilitate the actual use of nanocrystalline zeolites in industry. Finally, the last part proposes a new paradigm in the preparation of zeolites: the customized synthesis of zeolitic materials for their use as catalysts in pre-established chemical reactions. The main objective is the design of solids with a perfect control of the catalytic cavity, capable of maximizing interactions with the transition states of the target reaction, using mimics of the reaction intermediates as OSDAs. This technique would avoid the heuristic procedure traditionally used in the search of active zeolites for target chemical processes. As an example, this novel synthesis methodology has been applied in the preparation of catalysts for the synthesis of adamantane and cycloaddition reactions, as Diels-Alder.

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Hoy en día, resulta indispensable incrementar el uso de fuentes de energía renovables. Entre ellas, cabe destacar la energía solar fotovoltaica, ya que es una de las fuentes de energía con mayor potencial. El desarrollo de los materiales semiconductores es fundamental para materializar nuevos conceptos que incrementen la eficiencia de las celdas solares fotovoltaicas. En particular, la caracterización de las propiedades estructurales de los materiales semiconductores es indispensable para entender sus propiedades funcionales y mejorar el diseño de futuros dispositivos. La presente Tesis Doctoral tiene como objetivo la investigación de estructuras con diseños innovadores para aplicaciones fotovoltaicas, en particular para celdas solares de banda intermedia con puntos cuánticos (QD-IBSCs) y para celdas solares de triple unión (3JSCs). Para ello, se ha realizado la caracterización estructural en 3D de heteroestructuras semiconductoras III-V por técnicas de tomografía electrónica (ET) y de tomografía de sonda atómica (APT). Así, se han analizado parámetros clave en el diseño de estas estructuras, como el apilamiento de QDs en estructuras de QD-IBSCs, o la distribución de composición a nivel atómico en ambos tipos de celdas, QD-IBSC y 3JSC. Inicialmente y con el objetivo de obtener información de calidad de los materiales estudiados, se ha desarrollado una metodología para fabricar muestras en forma de nanoaguja en sitios específicos del material localizados en el interior de dicho material masivo (en particular, alrededor de QDs enterrados) con un equipo de haces de iones focalizados (FIB). Dicha metodología asegura que estas nanoagujas tengan una calidad optimizada para realizar estudios por técnicas avanzadas de caracterización estructural como la ET y la APT. El análisis de estructuras de QDs de InAs/GaAs con capas de GaP para QD-IBSC ha evidenciado que la ET es una técnica eficiente para determinar en 3D posibles apilamientos de QDs. Este análisis ha mostrado una desviación respecto a la dirección de crecimiento del apilamiento de QDs en esta estructura, lo cual tiene un efecto importante en la formación de la banda intermedia de energía en el material. Para entender el apilamiento de QDs observado, se han utilizado datos de APT obtenidos en esta estructura para realizar cálculos de campos de tensión-deformación usando el método de elementos finitos (FEM). Esto ha demostrado la fortaleza de la utilización conjunta de los datos de APT y los cálculos de FEM, ya que han permitido predecir correctamente la posición de nucleación de un QD en el apilamiento (corroborado experimentalmente). El estudio por APT de muestras de QDs de InAs/GaAs con capas de InAlGaAs para QDIBSCs ha mostrado desviaciones importantes en la distribución de composición del material respecto al diseño realizado. Así, se ha observado un gradiente en la composición de In dentro de los QDs, así como la formación de un anillo rico en Al alrededor de las nanoestructuras, probablemente debido a razones de deformación asociadas al pequeño tamaño de este elemento. La combinación de datos de APT con cálculos de FEM ha permitido entender los cambios en la morfología de las nanoestructuras que se han observado en este material, evidenciando una menor deformación en los anillos cuánticos (QRs) encontrados que en QDs con igual cantidad de In. Finalmente, el estudio por APT de una aleación novedosa, el InAlAsSb, diseñada para ser parte de la subcelda superior en una 3JSC, ha permitido observar fluctuaciones composicionales a nivel nanométrico. Para ello, ha sido necesario aplicar métodos estadísticos de análisis, en particular la Función de Distribución Radial (RDF), ya que dichas fluctuaciones no son evidentes de la observación directa de los datos de APT obtenidos. El análisis realizado ha permitido detectar zonas ricas en In y en Sb de alrededor de 4 nm de tamaño que explican el comportamiento de fotoluminiscencia de este material. Los resultados obtenidos son esenciales para mejorar las condiciones de crecimiento de este material y ayudarán en el desarrollo del mismo para su aplicación en 3JSC., Nowadays, the use of sustainable energy sources needs to be a priority. The photovoltaic solar energy is one of these energy sources with higher potential. The development of semiconductor materials is essential in order to materialize new concepts to increase the efficiency of photovoltaic solar cells. For this, the characterization of the structural properties of these semiconductor materials is very important in order to understand their functional properties and improve the design of future devices. The main objective of this PhD Thesis is the research of materials with innovative designs for photovoltaic applications, in particular for quantum dots based intermediate band solar cells (QDs-IBSC) and for triple junction solar cells (3JSC). For this, the structural characterization in 3D of III-V semiconductor heterostructures has been carried out by electron tomography (ET) and atom probe tomography (APT). In particular, key parameters in the design of these structures have been analyzed, such as the QDs stacking in QD-IBSC and the composition distribution at atomic level in both QD-IBSC and 3JSC. Initially and with the objective of optimizing the information obtained in these analyses, a methodology to fabricate nanoneedle- shape specimens in specific positions of the material located inside this bulk material (in particular, in buried QDs) has been developed with the focused ion beam (FIB) equipment. This methodology ensures that the fabricated nanoneedles have enough quality to carry out analyses by advanced techniques of structural characterization such as ET and APT. The analysis of InAs/GaAs QDs with GaP layers with applications in QD-IBSC has evidenced that ET is an efficient technique for the determination in 3D of possible QDs stackings. This analysis has shown a deviation from the growth direction of the QDs stacking in this sample, which has an important effect in the formation of the intermediate energy band in the material. In order to understand the reasons for the QDs stacking, APT data obtained from this structure have been used to calculate the stress-strain fields using the finite elements method (FEM). This has shown the strength of the joint use of APT data and FEM calculations, given that they have allowed the correct prediction of the nucleation position of a QD in the stacking (corroborated experimentally). The APT studies of InAs/GaAs QDs covered by InAlGaAs layers for QD-IBSC have shown important deviations in the composition distribution of these structures with regard to the original design. A gradient in the In composition inside the QD has been observed, as well as the formation of an Al-rich ring around the nanoestructures, probably due to the strain in the structure because of the small size of this element. The combination of APT data with FEM calculations has allowed understanding the changes in morphology observed in the nanostructures in this material, evidencing a reduced strain in the observed quantum rings (QRs) than in QDs with the same amount of In. Finally, the study by APT of a novel alloy, InAlAsSb, designed as the top subcell in 3JSC has allowed finding composition fluctuations with size of the order of nms. For this, the application of statistical methods of analysis, in particular the Radial Distribution Function (RDF), has been required, given that these fluctuations are not evident from the direct observation of the obtained APT data. The analysis developed has allowed the detection of In- and Sb-rich regions with approximate size of 4nm, which explains the fotoluminescence behavior of this material. The obtained results are essential in order to improve the growth conditions in this material and they will help in the development of this material for applications in 3JSC.

Hoy en día, resulta indispensable incrementar el uso de fuentes de energía renovables. Entre ellas, cabe destacar la energía solar fotovoltaica, ya que es una de las fuentes de energía con mayor potencial. El desarrollo de los materiales semiconductores es fundamental para materializar nuevos conceptos que incrementen la eficiencia de las celdas solares fotovoltaicas. En particular, la caracterización de las propiedades estructurales de los materiales semiconductores es indispensable para entender sus propiedades funcionales y mejorar el diseño de futuros dispositivos. La presente Tesis Doctoral tiene como objetivo la investigación de estructuras con diseños innovadores para aplicaciones fotovoltaicas, en particular para celdas solares de banda intermedia con puntos cuánticos (QD-IBSCs) y para celdas solares de triple unión (3JSCs). Para ello, se ha realizado la caracterización estructural en 3D de heteroestructuras semiconductoras III-V por técnicas de tomografía electrónica (ET) y de tomografía de sonda atómica (APT). Así, se han analizado parámetros clave en el diseño de estas estructuras, como el apilamiento de QDs en estructuras de QD-IBSCs, o la distribución de composición a nivel atómico en ambos tipos de celdas, QD-IBSC y 3JSC. Inicialmente y con el objetivo de obtener información de calidad de los materiales estudiados, se ha desarrollado una metodología para fabricar muestras en forma de nanoaguja en sitios específicos del material localizados en el interior de dicho material masivo (en particular, alrededor de QDs enterrados) con un equipo de haces de iones focalizados (FIB). Dicha metodología asegura que estas nanoagujas tengan una calidad optimizada para realizar estudios por técnicas avanzadas de caracterización estructural como la ET y la APT. El análisis de estructuras de QDs de InAs/GaAs con capas de GaP para QD-IBSC ha evidenciado que la ET es una técnica eficiente para determinar en 3D posibles apilamientos de QDs. Este análisis ha mostrado una desviación respecto a la dirección de crecimiento del apilamiento de QDs en esta estructura, lo cual tiene un efecto importante en la formación de la banda intermedia de energía en el material. Para entender el apilamiento de QDs observado, se han utilizado datos de APT obtenidos en esta estructura para realizar cálculos de campos de tensión-deformación usando el método de elementos finitos (FEM). Esto ha demostrado la fortaleza de la utilización conjunta de los datos de APT y los cálculos de FEM, ya que han permitido predecir correctamente la posición de nucleación de un QD en el apilamiento (corroborado experimentalmente). El estudio por APT de muestras de QDs de InAs/GaAs con capas de InAlGaAs para QDIBSCs ha mostrado desviaciones importantes en la distribución de composición del material respecto al diseño realizado. Así, se ha observado un gradiente en la composición de In dentro de los QDs, así como la formación de un anillo rico en Al alrededor de las nanoestructuras, probablemente debido a razones de deformación asociadas al pequeño tamaño de este elemento. La combinación de datos de APT con cálculos de FEM ha permitido entender los cambios en la morfología de las nanoestructuras que se han observado en este material, evidenciando una menor deformación en los anillos cuánticos (QRs) encontrados que en QDs con igual cantidad de In. Finalmente, el estudio por APT de una aleación novedosa, el InAlAsSb, diseñada para ser parte de la subcelda superior en una 3JSC, ha permitido observar fluctuaciones composicionales a nivel nanométrico. Para ello, ha sido necesario aplicar métodos estadísticos de análisis, en particular la Función de Distribución Radial (RDF), ya que dichas fluctuaciones no son evidentes de la observación directa de los datos de APT obtenidos. El análisis realizado ha permitido detectar zonas ricas en In y en Sb de alrededor de 4 nm de tamaño que explican el comportamiento de fotoluminiscencia de este material. Los resultados obtenidos son esenciales para mejorar las condiciones de crecimiento de este material y ayudarán en el desarrollo del mismo para su aplicación en 3JSC., Nowadays, the use of sustainable energy sources needs to be a priority. The photovoltaic solar energy is one of these energy sources with higher potential. The development of semiconductor materials is essential in order to materialize new concepts to increase the efficiency of photovoltaic solar cells. For this, the characterization of the structural properties of these semiconductor materials is very important in order to understand their functional properties and improve the design of future devices. The main objective of this PhD Thesis is the research of materials with innovative designs for photovoltaic applications, in particular for quantum dots based intermediate band solar cells (QDs-IBSC) and for triple junction solar cells (3JSC). For this, the structural characterization in 3D of III-V semiconductor heterostructures has been carried out by electron tomography (ET) and atom probe tomography (APT). In particular, key parameters in the design of these structures have been analyzed, such as the QDs stacking in QD-IBSC and the composition distribution at atomic level in both QD-IBSC and 3JSC. Initially and with the objective of optimizing the information obtained in these analyses, a methodology to fabricate nanoneedle- shape specimens in specific positions of the material located inside this bulk material (in particular, in buried QDs) has been developed with the focused ion beam (FIB) equipment. This methodology ensures that the fabricated nanoneedles have enough quality to carry out analyses by advanced techniques of structural characterization such as ET and APT. The analysis of InAs/GaAs QDs with GaP layers with applications in QD-IBSC has evidenced that ET is an efficient technique for the determination in 3D of possible QDs stackings. This analysis has shown a deviation from the growth direction of the QDs stacking in this sample, which has an important effect in the formation of the intermediate energy band in the material. In order to understand the reasons for the QDs stacking, APT data obtained from this structure have been used to calculate the stress-strain fields using the finite elements method (FEM). This has shown the strength of the joint use of APT data and FEM calculations, given that they have allowed the correct prediction of the nucleation position of a QD in the stacking (corroborated experimentally). The APT studies of InAs/GaAs QDs covered by InAlGaAs layers for QD-IBSC have shown important deviations in the composition distribution of these structures with regard to the original design. A gradient in the In composition inside the QD has been observed, as well as the formation of an Al-rich ring around the nanoestructures, probably due to the strain in the structure because of the small size of this element. The combination of APT data with FEM calculations has allowed understanding the changes in morphology observed in the nanostructures in this material, evidencing a reduced strain in the observed quantum rings (QRs) than in QDs with the same amount of In. Finally, the study by APT of a novel alloy, InAlAsSb, designed as the top subcell in 3JSC has allowed finding composition fluctuations with size of the order of nms. For this, the application of statistical methods of analysis, in particular the Radial Distribution Function (RDF), has been required, given that these fluctuations are not evident from the direct observation of the obtained APT data. The analysis developed has allowed the detection of In- and Sb-rich regions with approximate size of 4nm, which explains the fotoluminescence behavior of this material. The obtained results are essential in order to improve the growth conditions in this material and they will help in the development of this material for applications in 3JSC.

El estudio del rozamiento está sin duda justificado por la gran cantidad de campos en los que interviene, desde procesos a gran escala como los terremotos, a procesos a escala nanométrica como los que se observan en un microscopio de fuerza atómica. Para describir este último tipo de procesos existen varios modelos, de entre ellos uno de los más notables es el de Prandtl-Tomlinson; este predice que bajo ciertas condiciones el sistema presenta un comportamiento de stick-slip, que consiste en largos periodos de aumento de la fuerza en los que el sistema se encuentra prácticamente parado y cortos periodos de liberación de la misma en los que se produce un movimiento brusco del sistema; esto se ajusta muy bien a lo observado experimentalmente. En el proceso de stick-slip, la disipación de energía sufre un pico en el momento del slip, lo que puede conllevar un brusco aumento de la temperatura local en el sistema y provocar porcesos de abrasión, deformación, desgaste e incluso facilitar la interacción química entre superficies; de ahí la importancia de entender y controlar los procesos de fricción a escala atómica, marco conceptual en el que se sitúa el trabajo realizado. Lo primero que se incluye en el trabajo es una breve explicación del modelo de Prandtl-Tomlinson con temperatura. Después, puesto que el modelo se aplica computacionalmente, se presentan las comprobaciones que se han realizado para asegurarse del correcto funcionamiento del programa. Por último se presentan una serie de resultados, tanto cualitativos como cuantitativos, obtenidos de la simulación del programa, a partir de los cuales se sacan conclusiones sobre el comportamiento de la disipación y las posibles formas de controlarla en procesos a la nanoescala.

Pese a que el problema del transporte de calor tiene cientos de años de antigüedad desde que Fourier dio a conocer su tan famosa ley de conducción, aún se desconocen las condiciones necesarias para que ésta se cumpla en sistemas de baja dimensión. Es por ello, además de por su interés práctico en el desarrollo tecnológico, que el control del transporte de energía en sistemas nanométricos de baja dimensión es un área de estudio que ha cobrado un gran interés en los últimos años. En este trabajo estudiamos la posibilidad de controlar el transporte de energía a lo largo de una cadena no-lineal unidimensional que consiste en dos segmentos con diferentes estructuras conectados mediante un acoplamiento modulado temporalmente. Los extremos de cada conductor están acoplados a reservorios térmicos también modulados en el tiempo. Analizamos la existencia de rectificación térmica y de comportamientos resonantes de la corriente de energía, como función de las frecuencias características del sistema. Discutimos el mecanismo físico subyacente. Since Fourier unveiled its so famous law of heat conduction, the problem of heat transport is still open specially due to its application and conditions that it must fulfill for low dimensional systems. That is why and for its practical interest in technological development, the control of energy transport in low-dimensional nanoscale systems is an area of reasearch that has gained considerable interest in recent years. In particular we study the possibility of controlling the transmission of energy along a one-dimensional non-linear chain consisting of two conductors with different structures connected by a coupling temporally modulated. The ends of each conductor are coupled to thermal reservoirs also temporally modulated. We analyze the existence of thermal rectification and resonant behavior of the energy flow as a function of the characteristic frequencies of the system. We discuss the underlying physical mechanism. Fil: Carusela, María Florencia. Universidad Nacional de General Sarmiento. Instituto de Ciencias; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina Fil: Beraha, Natalia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de General Sarmiento. Instituto de Ciencias; Argentina Fil: Barreto, Roberto Antonio. Universidad Nacional de General Sarmiento. Instituto de Ciencias; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina Fil: Soba, Alejandro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica; Argentina

[ANGLÈS] During the last 25 years nanotechnology has become a transvers field either in research and everyday's live. In this work we present a method which can control temperature down to nanoscale thanks to plasmonic properties of gold nanoparticles. Moreover, we open a new field named "thermal engineering" which has the aim of performing adaptable thermal maps for every purpose at nanoscale. [CASTELLÀ] Durante los últimos 25 años la nanotecnología se ha situado como un importante campo tanto en investigación como en la vida diaria. En este trabajo creamos un método para controlar la temperatura en la nanoescala gracias a las propiedades plasmónicas de nanopartículas de oro. Además, abrimos un nuevo campo de investigación llamado "ingeniería de temperatura" cuyo fin es optimizar y crear un mapa óptimo de temperatura para cada situación requerida en la nanoescala. [CATALÀ] Durant els últims 25 anys la nanotecnologia s'ha consolidat com un camp important tant en investigació com en la vida diària. En aquest treball creem un mètode par controlar la temperatura en la nanoescala gràcies a las propietats plasmòniques de nanopartícules d'oro. A més, obrim un nuo campo de investigació anomenat "ingenieria de temperatura" amb el fi d'optimitzar i crear un mapa òptim de temperatura per cada situació requerida a la nanoescala.

Made available in DSpace on 2017-07-21T20:42:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Graciela Aparecida Santos Silva.pdf: 4725206 bytes, checksum: 1b5275fc3c55802f9ed0465ffbc48d75 (MD5) Previous issue date: 2013-02-22 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior The purpose of this work was the synthesis of nanoscaled BaO-Al2O3-MnO2 system and its characterization. The nanoparticulate system was prepared by mixing salts of Ba, Al and Mn in a chamber of low temperature, lyophilizing the solutions of their salts, and followed by calcination in the temperature range from 230 °C to 1190° C.This synthesis was compared with two other systems, prepared using a chemical mixture of oxides, with a particle size of conventional size and also with the phase of nanoscale oxides, followed by calcination in the same temperature conditions. The colorimetric properties of ceramic powders were evaluated by UV-visible spectroscopy and coordinates CIE-L a b and characterized by X-ray diffraction, Xray fluorescence, simultaneous thermal analyisis, scanning electron microscopy and laser scattering technique. This nanoscaled synthesis provides a possible application in the production on ceramic pigments because the resulting powder showed different color in comparison to the other systems. The nanoparticulate system showed the advantage of needing lower calcination temperatures, and, at 1135ºC,showed a different color that was not presented by powders synthetized by other methods. A proposta deste trabalho consiste na síntese em nanoescala do sistema BaO-Al2O3-MnO2, bem como sua caracterização. O sistema nanoparticulado foi preparado misturando sais de Ba, Al e Mn em câmara de baixa temperatura, liofilizando-se assim as soluções dos respectivos sais, seguidos de calcinação na faixa de temperatura de 230 °C a 1190 °C. Comparou-se esta síntese com duas metodologias, preparadas através de uma mistura química de óxidos, com tamanho de partícula convencional e também com tamanho de fase dos óxidos em nanoescala, seguidas de calcinação nas mesmas condições de temperatura. Os pós cerâmicos foram avaliadas por espectroscopia no UV-visível e coordenadas CIE-L a b e caracterizado por difração raios X, fluorescência de raios X, termogravimetria e análise termodiferencial simultânea, microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia de fotocorrelação. Essa síntese por nanoescala traz a possível aplicação na produção de pigmentos cerâmicos, pois trouxe alterações colorimétricas diferentes comparando com os outros sistemas. Esse método teve vantagem, pois trouxe temperaturas de calcinação mais baixa, e em 1135 ºC, o sistema nanoparticulado apresentou uma coloração que não foi observado para os outros métodos de síntese.

El presente trabajo orienta el diseño de una Unidad Didáctica dirigida a los docentes, para ser aplicada a estudiantes de educación media, en la enseñanza de conceptos y términos relacionados con la Nanociencia, a través de la propuesta metodológica Enseñanza de las Ciencias Basada en Indagación e Investigación (ECBI). Primero se realiza un recorrido por las características pedagógicas y didácticas que permiten el aprendizaje desde la experiencia, en lo que radica principalmente la Unidad Didáctica; se propone transformar el esquema de la enseñanza tradicional de las ciencias a un nuevo enfoque desde el aprendizaje participativo y cooperativo. Luego se presentan algunas generalidades acerca de la composición de la materia desde una perspectiva más moderna en relación con los conceptos fundamentales.Posteriormente se aborda el tema del comportamiento cuántico de la materia y su relación con la nanociencia. Finalmente se hace un recuento sobre el desarrollo de la Nanociencia, su proceso de conceptualización, así como algunos términos relacionados con su aplicación. La Unidad Didáctica denominada VIAJE AL INTERIOR DE LOS OBJETOS: el fantástico mundo de lo diminuto. ¿Cómo funcionan las pequeñas cosas en su interior? Se presenta en un capitulo donde están las actividades propuestas, las cuales deben seguirse sistemática y constructivamente para motivar a estudiantes de enseñanza básica secundaria y media, en torno a la nanociencia. Abstract. This document guides the design of a didactic unit addressed to teachers to be applied tohigh school students,on teaching the concepts and terminology related to Nanoscience through the methodological proposal “Science Teaching Based on Inquiring and Research (STIR). Firstly, a trip through the pedagogical and didactic characteristics is carried out, enabling the learning from the experience, which is the basis of the Didactic Unit; it is the purpose to transform the scheme of the traditional teaching of science for a new approach based on the participative and cooperative learning. Secondly,some general aspects related to the fundamental concepts regarding matter composition from a more recent perspective are presented.Thereafter the topic of quantum behavior of matter and its relationshipto nanoscience is addressed. Finally a summary on the development of Nanoscience, its conceptualization process and the terminology in use is presented. The didactic unit named Travel to the interior of objects: the fantastic world of the tiny objects. How do small things work inside?included in a final chaptercontainspractical activities which should be followed systematically and constructively to engage the secondary and middle school students on these topics. Maestría

Se describen los fenómenos que ocurren en las nanodimensiones y la importancia de la Nanometrología para resolver problemas de la sociedad actual. También, se ponen de manifiesto los retos presentes y futuros que tiene la Nanometrología. Se presenta la divergencia de resultados entre técnicas de medición de la distribución de tamaño de partículas en disoluciones de nanodiamantes, como un ejemplo de los retos actuales en la Nanometrología.

En el presente trabajo se dan a conocer las perspectivas sobre el uso de la nanotecnología en la elaboración de plaguicidas, sus ventajas tecnológicas sobre las formulaciones actuales y sus posibilidades de uso en los esquemas de desarrollo rural sustentable. Se definen algunos términos utilizados en nanotecnología y se hace una revisión de investigaciones y empresas que participan en el desarrollo de plaguicidas micro y nanoencapsulados.

A recorrência, nas pesquisas na nanoescala, da noção de forma (geométrica, arquitetural etc.) e o aumento exponencial da ocorrência de temas ligados à forma servem de ponto de partida para a análise proporcionada por este artigo da significação dessas formas e da epistemologia que lhes está associada. É particularmente interessante construir uma tal epistemologia para as pesquisas na escala nanométrica, na qual são produzidos e manipulados objetos (cristais, materiais biológicos etc.) e na qual se joga com as configurações que eles adquirem, com o propósito explícito de estudar essas novas classes de fenômenos. A importância da noção de forma, para as ciências da nanoescala, é ainda reforçada pelo lugar essencial que ocupam as imagens, tanto nos trabalhos experimentais como nos de simulação. A coincidência das formas nos resultados experimentais e por simulação mostra que a forma torna-se um sistema de explicação, de interpretação, de verificação dos resultados e de compreensão de fenômenos. The recurrence, in research at the nanoscale, of the notion of form (geometrical, architectural, etc), and the exponential growth of the occurrence of themes linked with form, are the starting points for the analysis that this article provides of the significance of these forms and the epistemology associated with them. It is particularly interesting to construct such an epistemology for investigation at the nanoscale - where objects (crystals, biological materials etc.) are produced and manipulated, and where we play with the configurations that they acquire with the explicit purpose of studying these new classes of phenomena. The importance of the notion of form in nanoscale sciences is also reinforced by the essential place occupied by images in both experimental works and simulations. The coincidence of forms in experimental results and in simulations shows that form becomes a system of explanation, of interpretation, of verification of results and of comprehension of phenomena.