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En el presente trabajo de fin de máster se ha realizado un estudio sobre un nuevo óxido metálico transparente semiconductor, el β-Ga2O3, que es susceptible de integración en dispositivos optoelectrónicos para la optimización de sus características. El β-Ga2O3 es un material semiconductor de banda ancha cuyas propiedades, junto con la relativa facilidad de preparación, lo convierten en un punto de reciente atracción para la investigación tanto fundamental como aplicada, así se puede observar en los índices de publicaciones en el área de ingeniería. En el estudio se han depositado capas de óxido de gálio mediante la técnica de deposición física en fase de vapor, esepcíficamente, PLD (deposición por láser pulsado) sobre sustratos de Al-Si-B (comercialmente conocido como Corning) y en presencia de una atmósfera oxidente. Se ha generado una matriz de ocho condiciones de deposición mediante la variación de la presión parcial de oxigeno en la cámara y la temperatura del sustrato, para tratar de encontrar las condiciones óptimas de crecimiento de las capas delgadas y propiedades ópticas y estructurales. Las diferentes condiciones de deposición han sido: (C1) 0,1mbar y 350ºC, (C2) 0,1mbar y 400ºC, (C3) 0,1mbar y 450ºC, (C4) 0,1mbar y 500ºC, (C5) 0,4mbar y 350ºC, (C6) 0,4mbar y 400ºC, (C7) 0,4mbar y 450ºC, (C8) 0,4mbar y 500ºC. Tras la sintetización de las capas delgadas en función de la condición de deposición, se han carectirizado las muestras mediante: difracción por rayos X (XRD), Espectroscopía Raman, Espectroscopía de fotoelectrones de rayos X (XPS), Microscopía electrónica de barrido de emisión de campo (FESEM), Microscopía confocal y transmisión de ondas. Finalmente, se ha llevado a cabo un análisis de los resultados obtenidos para determinar la película cuya condición presenta una mayor calidad y transparencia. Los diversos ensayos realizados sobre las muestras han revelado que se ha logrado depositar y sintetizar con éxito el óxido de galio en fase beta en su fase cristalina cúbica y en concreto para la condición C2 la fase cristalina monoclínica. Por otra parte, se ha detectado que existe una relación de correlación fuertemente lineal entre las relaciones estequiométricas de los compuestos y la absorbancia (a mayor proporción de galio mayor absorbancia). Para todos los compuestos sintetizados, se han podido observar valores de absorbancia muy parecidos a los del sustrato sobre el que se ha depositado, lo que implica una muy buena transparencia de las capas. Por último, el tipo de crecimiento de capas hallado ha sido del tipo mixto y las imágenes FESEM de las capas muestras unos espesores compactos, sin defectos ni heterogeneidades, debido a la técnica PLD En el present treball de fi de màster s'ha realitzat un estudi sobre un nou òxid semiconductor transparent, el β-Ga2O3, que és susceptible d'integració en dispositius optoelectrònics per optimitzar-ne les característiques. El β-Ga2O3 és un material semiconductor de banda ampla, les propietats del qual, juntament amb la relativa facilitat de preparació, el converteixen en un punt de recent atracció per a la recerca, tant fonamental com aplicada, així es ho reflecteixen el índexs de publicacions a l'àrea enginyeria. A l'estudi s'han dipositat capes d'òxid de gal·li mitjançant la tècnica de deposició física en fase de vapor, específicament, PLD (deposició per làser polsat) sobre substrats d'Al-Si-B (comercialment conegut com a Corning) i en presència d'una atmosfera oxidant. S'ha generat una matriu de vuit condicions de deposició mitjançant la variació de la pressió parcial d'oxigen a la cambra i la temperatura del substrat, per intentar trobar les condicions òptimes de creixement de les capes primes, així com de les propietats òptiques i estructurals. Les diferents condicions de deposició han estat: (1) 0,1mbar i 350ºC, (2) 0,1mbar i 400ºC, (3) 0,1mbar i 450ºC, (4) 0,1mbar i 500ºC, (5) 0, 4mbar i 350ºC, (6) 0,4mbar i 400ºC, (7) 0,4mbar i 450ºC, (8) 0,4mbar i 500ºC. Després de la sinterització de les capes primes en funció de la condició de deposició, s'han caracteritzat les mostres mitjançant: difracció per raigs X (XRD), Espectroscòpia Raman, Espectroscòpia de fotoelectrons de raigs X (XPS), Microscòpia electrònica de rastreig d’emissió de camp (FESEM), Microscòpia confocal i transmissió d'ones. Finalment, s'ha realitzat una anàlisi dels resultats obtinguts per determinar la pel·lícula amb aquella condició que presenta una millor qualitat i transparència. Els diversos assaigs realitzats en les mostres han revelat que s'ha aconseguit dipositar i sintetitzar amb èxit l'òxid de gal·li en fase beta a la fase cristal·lina cúbica i en concret per a la condició 2 la fase cristal·lina monoclínica. D'altra banda, s'ha detectat que hi ha una relació de correlació fortament lineal entre les relacions estequiomètriques dels compostos i l'absorbància (a major proporció de gal·li major absorbància). Per a tots els compostos sintetitzats, s'han pogut observar valors d'absorbància molt semblants als del substrat sobre el qual s'ha dipositat, cosa que implica una transparència molt bona de les capes. Finalment, el tipus de creixement de capes trobat ha estat del tipus mixt i les imatges FESEM de les capes mostren uns gruixos compactes, sense defectes ni heterogeneïtats, a causa de la tècnica PLD In the present master's thesis, a study has been carried out on a new semiconducting transparent metal oxide, β-Ga2O3, which is susceptible to be integrated in a variety of optoelectronic devices for the optimization of its characteristics. The β-Ga2O3 is a wide bandgap semiconductor material whose properties, together with the relative ease of preparation, makes it a point of recent attraction for both fundamental and applied research, as can be seen in the indexes of publications in the engineering area. In the study, gallium oxide layers have been deposited by means of the physical vapor deposition technique, specifically PLD (pulsed laser deposition) on Al-Si-B substrates (commercially known as Corning) and in the presence of an oxidizing atmosphere. A matrix of eight deposition conditions has been generated by varying the oxygen partial pressure in the chamber and the substrate temperature, in order to find out the optimum conditions for thin film growth, optical and structural properties. The following deposition conditions have been used: (1) 0.1mbar and 350ºC, (2) 0.1mbar and 400ºC, (3) 0.1mbar and 450ºC, (4) 0.1mbar and 500ºC, (5) 0.4mbar and 350ºC, (6) 0.4mbar and 400ºC, (7) 0.4mbar and 450ºC, (8) 0.4mbar and 500ºC. After synthesizing the thin films according to the deposition condition, the samples have been characterized by: X-ray diffraction (XRD), Raman Spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), Field Emission Scanning Electron Microscopy (FESEM), Confocal and Transmission Wave Microscopy. Finally, an analysis of the results obtained has been carried out to determine the film with the highest quality and transparency. The various tests carried out on the samples, have revealed that the gallium oxide in beta phase has been successfully deposited and synthesized in its cubic crystalline phase and specifically for condition 2 the monoclinic crystalline phase. On the other hand, it has been detected that there is a strongly linear relationship between the stoichiometric ratios of the compounds and the absorbance (the higher the proportion of gallium, the higher the absorbance). For all the compounds synthesized, it has been possible to observe absorbance values very similar to those of the substrate on which they have been deposited, which implies a very good transparency of the layers. Finally, the type of layer growth found has been of the mixed type and the FESEM images of the layers show compact thicknesses, without defects or heterogeneities, due to the PLD technique

Transparent Conducting Oxides (TCOs) are an enticing family of optoelectronic materials which have been proven to increase efficiency when incorporated into perovskite light emitting diode (PE-LED) and organic OLED architectures as transport layers. Solution-processed metal oxide inks have already been demonstrated, although there is still a need for high-quality inkjet-printable metal oxide inks with a thermal post-process below 200 °C. The set of inks in this work are adapted from low-boiling point colloidal suspensions of metal oxide nanoparticles synthesized via flame spray pyrolysis. High quality, pinhole- and wrinkle-free inkjet-printed layers are obtained at low temperatures through vacuum oven post process, as proven by scanning electron microscopy. The crystallinity of the layers is confirmed by X-ray diffraction, showing the expected hexagonal and cubic structures respectively for ZnO and NiO. The thin film layers reach over 70% (ZnO) and 90% (NiO) transparency in the visible spectrum. Their implementation in the inkjet-printed p-n diode shows excellent I-V rectifying behavior with an ON/OFF ratio of two orders of magnitude at ±3 V and a forward threshold voltage of 2 V. Furthermore, the device exhibits an increase in photocurrent around four orders of magnitude when illuminated under a 1-sun solar simulator.

Optical control of functional properties in ferroic materials is now a highly appealing topic because it may entail different paradigms for future technologies. In ferroelectrics, in particular, controlling the properties with light implies noncontact external control of the material’s functionality, thereby opening a pathway for developing the next generation of photocontrolled devices. Recently, experimental observations have demonstrated that the dielectric permittivity of charged-domain-wall ferroelectrics can be easily modulated by visible light. However, because of the wide band gap of ferroelectric materials, the physical origin of this phenomenon is still controversial. Here, the photoinduced electronic reconstruction mechanism is proposed as the primary light-absorption mechanism in charged domain walls, allowing an understanding of the origin of the visible-light control of dielectric permittivity in ferroelectric materials.

Amb la finalitat de lluitar contra el canvi climàtic i donar suport a les energies renovables i no contaminants, l'objectiu principal d'aquesta tesi és la cerca i l'estudi de nous materials amb potencial aplicació en tres grans àrees d'investigació: la fotovoltaica, la termoelèctrica i els díodes emissors de llum (LED). Atés que molts dels materials emprats en aquestes àrees contenen components tòxics i nocius per al medi ambient, els materials desenvolupats en aquesta tesi a més presenten una baixa toxicitat i es poden preparar mitjançant mètodes de síntesis i deposició més sostenibles i ecològics. Concretament, es van utilitzar dos mètodes de síntesis: la mecanosíntesi en sec per molta de boles i la deposició en buit amb una sola font. Aquests mètodes són preferits perquè són més nets i generen menys residus que els mètodes de síntesis tradicionals, com la síntesi química en solució. En el Capítol 3 es presenten dues famílies d'halurs inorgànics de coure, els quals van demostrar tindre potencial per al seu ús en LEDs. Aquests compostos de coure presenten emissió de llum verda o blava, depenent de l'halur utilitzat. Un dels compostos, Cs3Cu2I5, va demostrar ser particularment interessant a causa de la seua alta eficiència en el blau. El Capítol 4 se centra en un compost de plata i bismut, comunament conegut com a doble perovskita. En particular, la doble perovskita Cs2AgBiBr6 es va modificar per a reduir la seua banda prohibida (o bandgap) i millorar així la seua aplicabilitat en fotovoltaica. Es van provar diferents dopants i es va demostrar que les capes fines dopades amb estany aconseguien la major reducció del bandgap. Finalment, en el Capítol 5, es van estudiar tres espècies diferents en el sistema Cs-Sn-I per a aplicacions termoelèctriques. Es va demostrar que la fase beta CsSnI3 va aconseguir una major eficiència i es va mantindre estable en condicions inertes durant més d'una setmana. Així doncs, els resultats d'aquesta tesi tenen implicacions importants per a la indústria de l'optoelectrònica i la termoelèctrica, a més de demostrar la importància d'utilitzar mètodes de síntesis i deposició més sostenibles i ecològics per a la reducció de l'impacte ambiental d'aquestes àrees.////Con el fin de luchar contra el cambio climático y apoyar las energías renovables y no contaminantes, el objetivo principal de esta tesis es la búsqueda y el estudio de nuevos materiales con potencial aplicación en tres grandes áreas de investigación: la fotovoltaica, la termoeléctrica y los diodos emisores de luz (LED). Dado que muchos de los materiales empleados en estas áreas contienen componentes tóxicos y dañinos para el medio ambiente, los materiales desarrollados en esta tesis además presentan una baja toxicidad y se pueden preparar mediante métodos de síntesis y deposición más sostenibles y ecológicos. Concretamente, se utilizaron dos métodos de síntesis: la mecanosíntesis en seco por molienda de bolas y la deposición en vacío con una sola fuente. Estos métodos son preferidos porque son más limpios y generan menos residuos que los métodos de síntesis tradicionales, como la síntesis química en solución. En el Capítulo 3 se presentan dos familias de haluros inorgánicos de cobre, los cuales demostraron tener potencial para su uso en LEDs. Estos compuestos de cobre presentan emisión de luz verde o azul, dependiendo del haluro utilizado. Uno de los compuestos, Cs3Cu2I5, demostró ser particularmente interesante debido a su alta eficiencia en el azul. El Capítulo 4 se centra en un compuesto de plata y bismuto, comúnmente conocido como doble perovskita. En particular, la doble perovskita Cs2AgBiBr6 se modificó para reducir su banda prohibida (o bandgap) y mejorar así su aplicabilidad en fotovoltaica. Se probaron diferentes dopantes y se demostró que las capas finas dopadas con estaño conseguían la mayor reducción del bandgap. Por último, en el Capítulo 5, se estudiaron tres especies diferentes en el sistema Cs-Sn-I para aplicaciones termoeléctricas. Se demostró que la fase beta CsSnI3 logró una mayor eficiencia y se mantuvo estable en condiciones inertes durante más de una semana. Así pues, los resultados de esta tesis tienen implicaciones importantes para la industria de la optoelectrónica y la termoeléctrica, además de demostrar la importancia de utilizar métodos de síntesis y deposición más sostenibles y ecológicos para la reducción del impacto ambiental de estas áreas. In order to fight against climate change and support renewable and non-polluting energies, the main objective of this thesis is the search and study of new materials with potential application in three main research areas: photovoltaics, thermoelectrics and light-emitting diodes (LEDs). Since many of the materials used in these areas contain toxic and environmentally harmful components, the materials developed in this thesis also have low toxicity and can be prepared by more sustainable and environmentally friendly synthesis and deposition methods. Specifically, two synthesis methods were used: dry mechanosynthesis by ball milling and single-source vacuum deposition. These methods are preferred because they are cleaner and generate less waste than traditional synthesis methods such as solution-based chemical synthesis. Chapter 3 presents two families of inorganic copper halides, which were shown to have potential for use in LEDs. These copper compounds emit green or blue light, depending on the halide used. One of the compounds, Cs3Cu2I5, proved to be particularly interesting due to its high blue efficiency. Chapter 4 focuses on a silver-bismuth compound, commonly known as double perovskite. In particular, the double perovskite Cs2AgBiBr6 was modified to reduce its bandgap and thus improve its applicability in photovoltaics. Different dopants were tested and it was shown that tin-doped thin films achieved the highest bandgap reduction. Finally, in Chapter 5, three different species in the Cs-Sn-I system were studied for thermoelectric applications. It was shown that the beta phase CsSnI3 achieved higher efficiency and remained stable under inert conditions for more than one week. Thus, the results of this thesis have important implications for the optoelectronics and thermoelectric industries, as well as demonstrating the importance of using more sustainable and environmentally friendly synthesis and deposition methods for the reduction of environmental impact in these areas.

The transformation of an hydrogenated amorphous silicon solar cell (aSiH) into an optoelectronic refratometric sensor has been possible through the addition of dielectric bow-tie resonant structures. The indium transparent oxide top electrode is replaced by a thin metallic layer to selectively prevent the direct transmission of light to the active layer of the cell. Then, an array of dielectric bow-tie structures is placed on top of this electrode, to activate the optical absorption through surface plasmon resonance (SPR). The whole device is exposed to the analyte under measure, which is the surrounding medium. Three different dielectric materials with low, medium, and high refractive index were selected for the bow-ties, namely magnesium fluoride (MgF$$_2$$ 2 ), silicon dioxide (SiO$$_2$$ 2 ), and aluminum nitride (AlN) have been tested as coupling structure for SPR excitation. The maximization of the readout/short circuit current has been achieved through the geometrical parameters of such structure. We have selected the geometrical parameters to maximize the short circuit current delivered by the a-Si cell at a given selected wavelength. The design has been customized to gas measurements application, where the index of refraction is slightly above 1 around 10$$^{-4}$$ - 4 . Our analysis reveals ultra-high sensitivity of $$2.4 \times 10^4$$ 2.4 × 10 4 (mA/W)/RIU, and a figure of merit FOM= 107 RIU$$^{-1}$$ - 1 , when the bow-tie is made of SiO$$_2$$ 2 . A performance rally competitive with those previously reported in literature, with the additional advantage of circunventing both moving parts and spectral interrogation elements.

En esteartículounarejilladeBraggdefibracon cambiodefaseesdiseñada,usandoelmétodode la matrizdetransferenciayoptimizadamediante el algoritmodebúsquedaarmónicaparareducirlos lóbulos secundariosdesuespectro,paraellouna caracterización delosparámetrosdelarejillaydel algoritmo sonrealizados.Losresultadosmuestranuna mejora deaproximadamente 12 vecesenlafunción de costo. In thisarticleaphase-shiftedfiberBragggrating is designed,usingthetransfermatrixmethodand optimized bytheharmonicsearchalgorithmtore- duce thesecondarydatalobesofitsspectrum,for this acharacterizationoftheparametersisthegrid and ofthealgorithmaremade.Theresultsshowan improvementofapproximatelytwelvefoldinthecost function.

El diseñodesistemasWDMrequierenseparaciones de laslongitudesdeondacadavezmásreducidas porloqueparaevitarinterferenciasenlasseñales transmitidas lapotenciadelóbuloslateralesdelos espectrosópticosnecesitanreducirse.Enesteartículo, se presentaelusodelalgoritmodebúsquedaarmónica para optimizarlospicosdeloslóbuloslateralesa nivelesdeseadosdelespectrodereflexiónópticode una ChirpFBG.Losresultadosmuestranquelos parámetros delalgoritmoluegodesucaracterización son HMS = 13, HMCR = 0.93 y PAR = 0.3, consiguiéndose unamejoradeaproximadamente130 vecesconlosparámetrosestablecidosinicialmente. The designofWDMsystemsrequiressmallerand smaller wavelengthspacingssothattoavoidinterfer- ence inthetransmittedsignalsthesidelobepowerof the opticalspectraneedstobereduced.Inthispaper, the useoftheharmonicsearchalgorithmtooptimize the sidelobepeakstodesiredlevelsoftheoptical reflection spectrumofaChirpFBGispresented.The results showthattheparametersofthealgorithmaf- ter characterizationare HMS = 13, HMCR = 0.93 and PAR = 0.3, achievinganimprovementofapprox- imately 130timeswiththeinitiallysetparameters.

El diseño de dispositivos fotónicos es un reto debido a su complejidad matemática, más aún cuando se desea realizar diseños inversos. En este artículo se propone el diseño inverso de una FBG uniforme con baja carga computacional mediante el entrenamiento de una red neuronal Feed Forward a través de sus espectros y predecir su longitud e índice de modulación. Los resultados muestran que con una sola capa oculta de 80 neuronas, un conjunto de 1000 espectros y la función de entrenamiento Fletcher-Powell Conjugate Gradient se consigue predecir correctamente hasta el 99.5% de las muestras. The design of photonic devices is challenging due to it is mathematical complexity, even more so when inverse designs are desired. This article proposes the inverse design of a uniform FBG with low computational load by training a Feed Forward neural network through their spectrums and predict their length and modulation index. The results show that with a single hidden layer of 80 neurons, a set of 1000 spectrums and the Fletcher-Powell Conjugate Gradient training function, it is able to correctly predict up to 99.5% of the samples.

We consider a ring-shaped triple-well potential with few polar bosons characterized by a long-range and anisotropic interaction. By diagonalizing the extended Bose-Hubbard Hamiltonian, that treats sites as macroscopic dipoles, we investigate the ground state properties of the system as we rotate the dipole angle and vary the on-site interaction strength. We find that the competition between dipole and on-site interaction lead to different ground states and that the entanglement between sites depends on the filling factor which can be fractional or integer, and whether the number of particles is odd or even. We further characterize the system by studying the condensed fraction and coherence properties.

Since the discovery of the semiconducting properties of π-conjugated organic oligomers and polymers, many efforts have been devoted to generating structural features that bring about new and outstanding properties for optoelectronics, spintronics and magnetic devices, non-linear optics, or singlet fission processes. In this sense, the play between the resonance and π-electron delocalization phenomena in π-conjugated organic materials is the origin of their semiconducting behavior. For this reason, establishing not only the electron delocalization mechanism and its extension, but also which factors disturb the π-electron density is of utmost importance to enhance the proper performance of the electronic devices and develop ad hoc synthesis for desired application. Universidad de Málaga. Campus de Excelencia Internacional Andalucía Tech.

Molecular systems have proven to be efficient active materials in electronics, being possible alternatives to the inorganic semiconductors used nowadays in electronic devices. In this project, an experimental and theoretical study of two carbazole-based macrocycles is presented (Figure 1). Specifically, we investigated the impact of the inclusion of acetylene groups on the electronic and molecular structures of these macrocycles, as well as their potential as charge transporting materials. The first studied compound (Cz) is composed by four carbazole groups linked at their para position with respect to the nitrogen atom1.In the second compound (ACz), the carbazole units are connected through ethynylene groups2. For this study, Raman and UV-Vis absorption spectroscopies have been used in combination with theoretical calculations based on the density functional theory (DFT). In addition, the two studied compounds have been implemented in organic field-effect transistors (OFETs), to assess their potential as active materials in organic electronics. Overall, the inclusion of ethynylene groups as π-conjugated spacers is found to be a good strategy to improve the electronic delocalization in macrocycles. Universidad de Málaga. Campus de Excelencia Internacional Andalucía Tech

Esta tesis doctoral se centra en el desarrollo y la mejora de los Sistemas de Posicionamiento Locales (LPS) en interiores, los cuales se utilizan en entornos no compatibles con señales GNSS (Global Navigation Satellite Systems) para localizar, seguir y guiar a personas, objetos o vehículos. Se han realizado numerosos estudios para llevar a cabo un sistema de posicionamiento en entornos interiores, donde las personas pasan aproximadamente el 80% de su tiempo. Algunas de las técnicas propuestas emplean diversas señales, como acústicas, de radiofrecuencia, mecánicas u ópticas, entre otras. Por su bajo coste, facilidad de integración en el entorno de trabajo y ausencia de riesgos para la salud, la tecnología óptica es una alternativa viable que ha comenzado a expandirse rápidamente. Esta tesis aporta propuestas que permiten establecer las bases para el desarrollo de un LPS óptico basado en técnicas de codificación y sensores QADA. Se han propuesto dos diseños: un LPS orientado a la privacidad, basado en un conjunto de cuatro LEDs transmisores, aunque fácilmente extensible a más emisores, que actúan como balizas en ubicaciones conocidas y un único sensor QADA que actúa como el receptor a posicionar; y un LPS centralizado basado en un conjunto de transmisores móviles y al menos dos receptores QADA colocados en ubicaciones conocidas. Se han estudiado los módulos transmisor y receptor. En concreto, se propone un esquema de codificación para la emisión del transmisor, que proporciona capacidad de acceso múltiple, así como robustez frente a bajas relaciones señal a ruido y condiciones adversas como los efectos de multicamino y cerca-lejos. Además, para mejorar las prestaciones de la propuesta sin aumentar significativamente el tiempo de emisión, se han analizado diferentes secuencias y sus longitudes, como los códigos LS (Loosely Synchronized) o las secuencias pseudoaleatorias (Kasami). Por otro lado, el módulo receptor está compuesto por un sensor QADA, una apertura cuadrada y una etapa de filtrado para reducir las interferencias no deseadas. El sensor QADA y la apertura se han modelado para, en primer lugar, analizar la influencia de la longitud de la apertura en la linealidad de las ecuaciones de estimación del punto imagen y, en segundo lugar, determinar los parámetros intrínsecos que modelan el receptor (longitud, altura, desalineación y descentrado de la apertura respecto al sensor QADA), de forma que se pueda implementar un algoritmo de calibración para mejorar la precisión del sistema propuesto. El LPS tiene como objetivo estimar la posición 3D de un objeto estático o en movimiento. Para ello, se diseñan varios algoritmos basados en técnicas de triangulación con determinación de ángulos de llegada (AoA) y técnicas homograficas que resuelven el problema de la perspectiva de n puntos (PnP) del sistema pin-hole propuesto. Todas las propuestas han sido verificadas mediante simulaciones y pruebas experimentales en una gran variedad de situaciones: utilizando luz visible o infrarroja, secuencias LS o Kasami, diferentes longitudes de apertura, distintas distancias entre transmisores y receptores, diferentes algoritmos de posicionamiento y varias rotaciones del receptor. Finalmente, las pruebas experimentales han demostrado que es posible posicionar con errores de menos de 5 centímetros.

[ES] La creciente urbanización e industrialización de las sociedades en las últimas décadas han provocado una alta demanda de energía. No obstante, mientras no se desarrollen fuentes de energía renovables que se constituyan como un reemplazo plausible de las actuales, la liberación de gases de efecto invernadero y sus consecuencias sobre el cambio climático difícilmente serán atajadas. Por ello, se está llevando a cabo una intensa búsqueda de energías renovables para un futuro inmediato. En los últimos años, la perovskita ha alcanzado una gran popularidad, centrando numerosos esfuerzos de investigación debido a sus propiedades ópticas y eléctricas únicas. Como por ejemplo su alto coeficiente de absorción y su alta movilidad de carga. Esta tesis comprende seis artículos científicos en torno a las perovskitas. Por un lado, 3 trabajos estudian los fenómenos ópticos que ocurren en el seno del material, con la finalidad de lograr una mejor comprensión de éstos. Puesto que el conocimiento de estos fenómenos ópticos a nivel individual (cristales aislados) permite modular y adaptar su síntesis y morfología para aplicaciones determinadas. Por otro lado, las perovskitas han sido implementadas en distintos dispositivos para su aplicación en tres campos: fotocatálisis, sensores y fotovoltaica. Por primera vez, se ha logrado utilizar este material para la obtención de hidrógeno llevando a cabo la reacción en fase vapor. Asimismo, diversas composiciones de perovskita se han usado para decorar grafeno y detectar niveles traza de Compuestos Orgánicos Volátiles (COV) como benceno y tolueno. Y finalmente se ha desarrollado una estrategia para insertar en la estructura de la perovskita moléculas orgánicas, de forma que se permite una ampliación de la fotorespuesta en el espectro visible. Por lo tanto, las perovskitas se han implementado exitosamente en aplicaciones de diversa índole, constituyéndose como un material prometedor y fácilmente adaptable a los distintos requisitos de cada campo de estudio., [CAT] La creixent urbanització i industrialització de les societats durant les últimes dècades han provocat una alta demanda d'energia. No obstant això, fins que no es desenvolupen fonts d'energia renovables que puguen ser un reemplaçament plausible de les actuals, l'alliberament de gasos d'efecte hivernacle i les seues conseqüències sobre el canvi climàtic seran difícilment aturades. Per tant, s'està duent a terme una intensa cerca d'energies renovables per a un futur immediat. En els últims anys, la perovskita ha aconseguit una gran popularitat, centrant nombrosos esforços de recerca a causa de les seues propietats òptiques i elèctriques úniques. Per exemple, el seu al coeficient d'absorció i la seua alta mobilitat de càrrega. Aquesta tesi reuneix sis articles científics al voltant de les perovskites. Per una banda, 3 treballs estudien els fenòmens òptics que ocorren en el material, amb la finalitat d'assolir una major comprensió d'aquests. Donat que el coneixement d'aquests fenòmens òptics a nivell individual (cristalls aïllats) permeten modular i adaptar la seua síntesi i morfologia per a determinades aplicacions. Per altra banda, les perovskites han sigut implementats en diferents dispositius per a la seua aplicació en tres camps: fotocatàlisi, sensors i fotovoltaica. Per primera vegada, s'hi ha aconseguit utilitzar aquest material per a l'obtenció d'hidrogen duent a terme la reacció en fase vapor. Així mateix, diverses composicions de perovskita s'han utilitzat per a decorar grafè i detectar nivells traça de Compostos Orgànics Volàtils (COV) com benzè i toluè. I finalment s'ha desenvolupat una estratègia per a inserir en l'estructura de la perovskita molècules orgàniques, de forma que es permet una ampliació de la fotoresposta en l'espectre del visible. Per tant, les perovskites s'han implementat exitosament en aplicacions de diversa índole, constituint-se com un material prometedor i fàcilment adaptable als diferents requisits de cada camp d'estudi., [EN] During the last decades, the growing urbanization and industrialization result in a significant need for energy. However, since feasible renewable energy sources should be further developed to replace the current energy source, the release of greenhouse gases and their climate change consequences are difficult to overcome. For that reason, the development of renewable energy sources has been attracting growing research efforts. Recently, perovskites gathered great interest owing to their outstanding optical and electrical properties. For instance, their high absorption coefficient and superior charge mobility. This thesis comprises six scientific articles about perovskites. On one hand, 3 works study the optical phenomena that occur within the material in order to achieve a better understanding. The deep knowledge of these optical phenomena's at the individual level (isolated crystals) enable the modulation and tuning of their synthesis and morphology to match specific applications. On another hand, perovskites have been implemented in several devices for their application in three research fields: photocatalysis, sensors, and photovoltaic. For the first time, this nanomaterial was successfully employed for obtaining hydrogen carrying out the reaction in the vapor phase. Likewise, several perovskite compositions have been used for decorating graphene and detect trace levels of Volatile Organic Compounds (VOC) as benzene and toluene. And finally, it has been developed a strategy to insert organic molecules in the perovskite structure, resulting in an enhanced photoresponse in the visible range. Therefore, perovskites have been successfully implemented in several applications, becoming a promising material and easily adaptable to the different requirements needed in each field of study., Financial support from the Spanish Ministry of Economy and Competitiveness (Severo Ochoa, SEV-2016-0683), Intramural CSIC project 201680I006, and Fundación Ramón Areces (XVII Concurso Nacional para la adjudicación de Ayudas a la Investigación en Ciencias de la Vida y de la Materia) is gratefully acknowledged. This research was financially supported by the Spanish Ministry of Economy and Competitiveness (Mineco) of Spain (TQ2011-26455)2, MAT2015-69669-P, and regional government grant PrometeoII/2017/026. This work was supported by Spanish ministry of Economy, Industry and Competitiveness (MINECO) through the projects TEC2015-74405-JIN, MAT2015-69669-P as well as the regional projects of both Provincia Autonoma di Trento (PAT) of Italy, through the call Grandi Progetti 2012: SIQURO and the Comunidad Valenciana of Spain project PrometeoII/2014/026. This work was supported in part by MICINN and FEDER via grants no. RTI2018-101580- B-I00, by AGAUR under grant. 2017SGR418. S. R.-B. thanks the Research Executive Agency (REA) and the European Commission for the funding received under the Marie Skłodowska Curie actions (H2020-MSCA-IF-2015/Grant agreement number 709023/ZESMO). R. G. A. acknowledges the FPI scholarship from MINECO MAT2015-69669-P. P. A. acknowledges the financial support from the Spanish Government through ‘Severo Ochoa” (SEV-2016-0683, MINECO) and PGC2018-099744-B-I00 (MCIU/AEI/FEDER)

A forte atenuação dos sinais eletromagnéticos na água é a principal razão pela qual a exploração subaquática, a vigilância marítima e outras aplicações, atualmente dependem de cabos submarinos para enviar ou receber dados de um terminal de comunicação. Embora a comunicação acústica se tenha tornado o método de comunicação sem fios padrão para as aplicações subaquáticas devido ao seu longo alcance, elas incorrem em alto custo e têm baixas taxas de dados. A necessidade por comunicações de alto débito binário e largura de banda estimulou a exploração de métodos não acústicos que antes eram negligenciados devido às limitações de distância. Contrariamente aos sistemas acústicos e de radiofrequência, que apresentam limitações como custo, velocidade de propagação das ondas e largura de banda disponível, o que se traduz na taxa de transmissão de dados, a comunicação ótica sem fios é apresentada como solução alternativa para ultrapassar as limitações mencionadas. À vista disso, a solução proposta nesta dissertação baseia-se num sistema de comunicação ótica de baixo custo, viável para as comunicações sem fio subaquática à curta distância entre veículos não tripulados. Assim sendo, um sistema transmissor baseado em LED de alto brilho de 3𝑊 com uma faixa de comprimento de onda entre 460 – 470 𝑛𝑚 e um sistema recetor baseado em fotodíodo com uma sensibilidade espectral entre 400 – 1100 𝑛𝑚, foram desenvolvidos e testados em diferentes canais de comunicação, ao ar livre, num tanque de água doce e por fim na água do mar. O resultado das experiências com o protótipo mostrou com sucesso que, na presença da luz ambiente, a distância de transmissão - receção dos dados chega a 4,5 𝑚 e, na ausência da luz ambiente 5,50 𝑚 ambos com uma taxa de transmissão de 300 𝑏𝑝𝑠. Por fim, o trabalho apresenta sugestões para trabalhos futuros de modo a melhorar o desempenho, a eficiência e a robustez do sistema. The strong attenuation of electromagnetic signals in water is the main reason why underwater exploration, maritime surveillance and other applications currently rely on underwater cables to send or receive data from a communication terminal. Although acoustic communications have become the standard wireless communication method for underwater applications due to their long range, they incur high cost and have low data rates. The need for high data rate and bandwidth communications has stimulated the exploration of non-acoustic methods that were previously neglected due to distance limitations. Contrary to acoustic and radio-frequency systems, which present limitations such as cost, wave propagation speed and available bandwidth, which translates into data transmission rate, wireless optical communication is presented as an alternative solution to overcome the mentioned limitations. In view of this, the solution proposed in this dissertation is based on a low-cost optical communication system, feasible for underwater wireless communications at short distance between unmanned vehicles. Therefore, a transmitter system based on 3W high-brightness LED with a wavelength range between 460 - 470 nm and a receiver system based on photodiode with a spectral sensitivity between 400 - 1100 nm, were developed and tested in different communication channels, outdoors, in a freshwater tank and finally in seawater. The result of the experiments with the prototype successfully showed that, in the presence of ambient light, the data transmission-reception distance reaches 4,5 m and, in the absence of ambient light 5,50 m both with a transmission rate of 300 bps. Finally, the work presents suggestions for future work in order to improve the performance, efficiency and robustness of the system.

Background: This study investigates the dart-throwing motion (DTM) by comparing an inertial measurement unit-based system previously validated for basic motion tasks with an optoelectronic motion capture system. The DTM is interesting as wrist movement during many activities of daily living occur in this movement plane, but the complex movement is difficult to assess clinically. Methods: Ten healthy subjects were recorded while performing the DTM with their right wrist using inertial sensors and skin markers. Maximum range of motion obtained by the different systems and the mean absolute difference were calculated. Results: In the flexion-extension plane, both systems calculated a range of motion of 100° with mean absolute differences of 8°, while in the radial-ulnar deviation plane, a mean absolute difference of 17° and range of motion values of 48° for the optoelectronic system and 59° for the inertial measurement units were found. Conclusions: This study shows the challenge of comparing results of different kinematic motion capture systems for complex movements while also highlighting inertial measurement units as promising for future clinical application in dynamic and coupled wrist movements. Possible sources of error and solutions are discussed., Sensors, 21 (16)

Tesis doctoral inédita leída en la Universidad Autónoma de Madrid, Facultad de Ciencias, Departamento de Física de la Materia Condensada. Fecha de lectura: 08-07-2021, Metal-halide perovskites have emerged as a promising material platform in many optoelectronic applications such as light harvesting and light emitting applications. Perovskites offer a unique combination of outstanding properties, however, conventional 3D perovskites suffer from rapid degradation when exposed to ambient conditions. Two-dimensional (2D) perovskites, on the other hand, have been shown to have a superior chemical stability and have proven to be one of the most promising strategies to yield a more stable performance. However, the reduced dimensionality of 2D perovskites dramatically affects the charge carrier dynamics in these materials as excitons - electron-hole pairs - become the dominant energy carriers rather than free charges. While there has been an extensive amount of research to understand the charge carrier dynamics in 3D perovskites, our knowledge about the exciton dynamics in 2D perovskites is still limited. This thesis strives to close part of this knowledge gap by studying the transport properties of various 2D perovskites. We will discuss the influence of organic-spacer molecules and find that transport is most likely limited due to strong exciton-phonon interactions. Further, we investigate the effect of halide alloying - the most commonly used strategy to change the color of the perovskite materials in, for example, LEDs. Surprisingly, we find that halide alloying can diminish exciton transport and therefore has to be considered for device design. Finally, the impact of trap-states on exciton diffusion will be thoroughly studied.We will provide models to describe trap state-limited exciton transport and show that transient microscopy can be used as an orthogonal method to more conventional optical characterization techniques. The results in this thesis are primarily derived from transient optical microscopy and spectroscopy measurements, and rigorous modeling of exciton transport by solving the diffusion equation and performing Brownian dynamics simulations

Nanolasers are a fundamental piece of all-optical integrated circuits and their several applications. In this work, the nanolaser is a system of two coupled nanocavities in a semiconductor photonic crystal, characterized by a high Qfactor, tunable coupling, a nonlinear quantum well gain medium, and improved beaming. A theoretical introduction including the physical basis of the system and the sample description is provided. Also, the experimental set-up and the measurement methodology are described. ASThe system is firstly characterized under the optical pump regime, in which laser regime phenomena like before-threshold wavelength blueshift are observed. The coupled system exhibits a hybridization between bonding and antibonding modes, altered by system properties like coupling or detuning between cavities. Mode competition and mode reversing are also observed for several situations. ASFurthermore, the system is taken as two coupled resonators and coherently injected. The transmitted linear resonances are recorded for different parameters, observing mode hybridization, mode extinction, and mode reversing around zero couplings. Moreover, the phenomenon of avoided mode crossing is firstly observed in a system of photonic crystal nanocavities. Los nanoláseres son una pieza fundamental de los circuitos integrados totalmente ópticos y su varias aplicaciones. En este trabajo, el nanolaser es un sistema de dos acoplados nanocavidades en un cristal fotónico semiconductor, caracterizado por un factor Q alto, un acoplamiento sintonizable, un medio de ganancia de pozo cuántico no lineal y una mejora radiante. Una introducción teórica que incluye la base física del sistema. y se proporciona la descripción de muestra. Además, de la configuración experimental se describe la metodología de medición. AS El sistema se caracteriza en primer lugar bajo el régimen de bombeo óptico, en el que se observan fenómenos del régimen del láser como el desplazamiento al azul de la longitud de onda antes del umbral. El sistema acoplado exhibe una hibridación entre unión y antienlazamiento. Modos, alterados por propiedades del sistema como acoplamiento o desafinación entre cavidades. La competencia de modo y la inversión de modo, también se observan en varias situaciones. AS Además, el sistema se toma como dos resonadores acoplados y se inyecta coherentemente. Las resonancias lineales transmitidas se registran para diferentes parámetros: modo de observación, de hibridación, modo de extinción,e inversión de modo alrededor de acoplamientos cero. Además, el fenómeno del cruce de modos evitado se observa en primer lugar en un sistema de nanocavidades de cristales fotónicos. Els nanolasers són una peça fonamental de circuits òptics integrats i les seves diverses aplicacions. En aquest treball, el nanolaser és un sistema de dos nanocavitats d'un cristall fotònic semiconductor, caracteritzat per un elevat factor de qualitat, un acoblament modificable, un medi actiu no lineal amb pous quàntic mitjà i un "beaming" millorat. Es proporciona una introducció teòrica que inclou la base física del sistema i també la descripció de la mostra. A més, es descriu la configuració experimental i la metodologia de mesura. El sistema es caracteritza primer pel règim de pompatge òptic, en el qual s'observen fenòmens de règim làser com el desplaçament blau de longitud d'ona abans del llindar làser. El sistema acoblat presenta una hibridació entre modes, alterats per propietats del sistema com l'acoblament o desafinació entre cavitats. La competència i inversió entre modes també es caracteritzen per diverses situacions. A més, el sistema es pren com a dos ressonadors acoblats i s'injecta de manera coherent. Les ressonàncies lineals transmeses es registren per diferents paràmetres, observant la hibridació dels modes, l'extinció dels modes i la inversió dels modes al voltant de zero acoblaments. A més, el fenomen del creuament de modes evitat s'observa en primer lloc en un sistema de nanocavitats de cristalls fotònics.

25 pags., 14 figs., 3 apps., Using quantum systems to efficiently solve quantum chemistry problems is one of the long-sought applications of near-future quantum technologies. In a recent work [J. Argüello-Luengo, Nature (London) 574, 215 (2019)NATUAS0028-083610.1038/s41586-019-1614-4], ultracold fermionic atoms have been proposed for this purpose by showing us how to simulate in an analog way the quantum chemistry Hamiltonian projected in a lattice basis set. Here, we continue exploring this path and go beyond these results in several ways. First, we numerically benchmark the working conditions of the analog simulator and find less demanding experimental setups where chemistry-like behavior in three dimensions can still be observed. We also provide a deeper understanding of the errors of the simulation appearing due to discretization and finite-size effects and provide a way to mitigate them. Finally, we benchmark the simulator characterizing the behavior of two-electron atoms (He) and molecules (HeH+) beyond the example considered in the original work., J.A.-L. acknowledges support from “la Caixa” Foundation (Grant No. 100010434) through the fellowship LCF/BQ/ES18/11670016, the Spanish Ministry of Economy and Competitiveness through the “Severo Ochoa” program (Grant No. CEX2019-000910-S), Fundació Privada Cellex, Fundació Mir-Puig, and Generalitat de Catalunya through the CERCA program and QuantumCat (Grant No. 001-P-001644). T.S. acknowledges the support from NSFC Grant No. 11974363. A.G.-T. acknowledges support from the Spanish Project No. PGC2018-094792-B-100 (MCIU/AEI/FEDER, EU) and from the CSIC Research Platform on Quantum Technologies No. PTI-001.