EXPERIM3-Practicas

Prácticas Disponibles

• Resonancia paramagnética electrónica (EPR): Estudio de la estabilidad de la cerveza
• Determinación de estructuras cristalinas y parámetros de red de óxidos de tierras raras mediante difracción de rayos X
• MEMS: micro osciladores de silicio
• Rutas Argentinas
• Efecto Hall y transporte en semiconductores
• Frenamiento de partículas alfa en gases
• Magnetismo: Magnetómetro de Muestra Vibrante
• Transporte en superconductores
• Difracción de electrones
• Prácticas pasadas

Resonancia paramagnética electrónica (EPR): Estudio de la estabilidad de la cerveza

En esta práctica estudiamos la formación de radicales libres en cervezas artesanales y comerciales y su relación con la estabilidad del producto final. Los radicales libres son moléculas que presentan electrones desapareados con S=1/2, muy reactivas, que oxidan/degradan diferentes componentes de la cerveza. Este estudio se realiza a partir de Espectroscopía de Resonancia Paramagnética Electrónica (EPR), utilizando la técnica de “spin-traps”. A partir de las mediciones de los espectros de EPR, y del ajuste de los mismos con un Hamiltoniano modelo, se identificarán y cuantificarán los radicales libres presentes en la cerveza. Además se estudiará el efecto de la temperatura, la exposición a la luz y la presencia de antioxidantes en la generación de estas especies reactivas y su influencia en la estabilidad de la cerveza.

• Hirotaka Kaneda, Yukinobu Kano, Toshihiko Osawa, Shunro Kawakishi & Kohzo Kamada. Journal of the American Society of Brewing Chemists (1989), 47:2, 49-53, DOI: 10.1094/ASBCJ-47-0049
• Max Schmallegger and Georg Gescheidt, J. Chem. Educ. 2018, 95, 11, 2013–2016. 10.1021/acs.jchemed.8b00329
• Pake, G. E. & Estle, T. L. The Physical Principles of Electron Paramagnetic Resonance. (2nd Ed. 1973). W. A. Benjamin, Advanced Book Program.

Determinación de estructuras cristalinas y parámetros de red de óxidos de tierras raras mediante difracción de rayos X

Las tierras raras presentan características especiales utilizadas en una variedad de aplicaciones tecnológicas y científicas, desde la fabricación de imanes de alta eficiencia y dispositivos electrónicos, hasta catalizadores y materiales avanzados. Debido a su alta reactividad, la mayoría de las tierras raras se consiguen comercialmente como óxidos, hidróxidos, nitratos, etc. y muchas veces la composición y/o estequiometría nominal no coinciden con la real. El objetivo de la práctica es estudiar con técnicas de difracción de rayos X distintos óxidos comerciales de las tierras raras (La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho) para determinar su estructura cristalina y sus parámetros de red y ver si se corresponden con los valores publicados en la literatura. En algunos casos será necesario realizar tratamientos térmicos para estabilizar la fase de óxido. Buscaremos luego correlacionar el estado de oxidación de la tierra rara, el tamaño de la celda unidad y el radio iónico en función del número atómico.

Bibliografía:

• Cullity, B. D.; Elements of X-Ray Diffraction, Addison-Wesley Publishing Company, Inc, 1978. ISBN: 0-201-01174-3.
• The Materials Project; https://next-gen.materialsproject.org/
• Basic properties of rare earth oxides. Satoshi Sato, Ryoji Takahashi, Mika Kobune, Hiroshi Gotoh. Applied Catalysis A: General 356 (2009) 57–63. doi:10.1016/j.apcata.2008.12.019

MEMS: Estudio de modos normales, respuesta no lineal y acoplamiento de modos en micro osciladores de Silicio

Estudiaremos los distintos modos normales de vibración de microestructuras de silicio, su factor de calidad y como no linealidades pueden inducir un acoplamiento entre distintos estados.

• Antonio, D., Zanette, D.H. and López, D., 2012. Frequency stabilization in nonlinear micromechanical oscillators. Nature communications, 3(1), p.806.
• Antonio, D., Czaplewski, D.A., Guest, J.R., López, D., Arroyo, S.I. and Zanette, D.H., 2015. Nonlinearity-induced synchronization enhancement in micromechanical oscillators. Physical review letters, 114(3), p.034103.

Rutas Argentinas

Es muy conocido que en los caminos sin pavimentar hechos de arena o ripio se pueden desarrollar un patrón ondulado conocido como tabla de lavar, camino corrugado o los típicos “serruchos” del camino. Esto ocurre luego de ser sometidos a alto tránsito de los vehículos, sin importar su porte o velocidad. En esta práctica proponemos reproducir experimentalmente en con un modelo simplificado la formación de estos patrones del camino. En nuestro caso será con una rueda bajo condiciones controladas de tamaño, velocidad, peso, condiciones iniciales, etc., sobre una superficie compuesta por granos de arroz. Se estudiará la formación de los pozos y su dinámica con el paso de la rueda. El análisis de los datos no es cerrado ya que no hay un modelo que describa la totalidad del fenómeno. Para ello habrá que decidir qué tipo de mediciones realizar, cuáles son las variables a modificar y qué dejar invariante (si es que se puede). De esta forma se podría “modelar” el fenómeno encontrando cuáles son las variables importantes que determinan los patrones de los pozos y cuál es su dependencia. Partiendo de estos resultados se podría entender la física de este experimento.

• Bibliografía:
• N. Taberlet, S. W. Morris y J. N. McElwaine, “Washboard Road: The Dynamics of Granular Ripples Formed by Rolling Wheels”, Physical Reviews Letters 99 068003 (2007).
• A. F. Bitbol, N. Taberlet, S. W. Morris, J. N. McElwaine, “Scaling and dynamics of washboard road”, Phys. Rev. E 79, 061308 (2009).

Baptiste Percier, Sebastien Manneville, Nicolas Taberlet, “Modeling a washboard road: From experimental measurements to linear stability analysis”, Phys. Rev. E 87, 012203 (2013).

• David C Mays y Boris A Faybishenko, “Washboards in unpaved highways as a complex dynamic system”, Complexity 5.6 (2000), 51-60.

Determinación de la movilidad, la densidad y tipo de portadores en GaAs en función de temperatura mediante la técnica de van der Pauw

El trabajo se enfoca en aplicar la técnica de van der Pauw para determinar la movilidad y densidad de portadores de carga en un semiconductor (GaAs dopado con electrones y/o huecos) relizando mediciones de transporte eléctrico y efecto Hall en función de la temperatura.

• L. J. van der Pauw, “A Method of Measuring Specific Resistivity and Hall Effect of Discs of Arbitrary Shape,” Philips Research Reports, Vol. 13, February 1958, pp. 1-9. https://doi.org/10.1142/9789814503464_0017
• Charles Kittel, Introduction to Solid State Physics, 8th Edition, ISBN: 978-0-471-41526-8

Difracción de electrones

Se realizan experimentos de interacción de partículas atómicas (electrones e iones) con superficies. Se estudian fenómenos de dispersión elástica e inelástica en el rango de energía de algunos eV hasta 10 keV. Se discuten fenómenos de difracción de electrones en superficies cristalinas, la excitación de plasmones, de electrones Auger y los mecanismos de pérdida de energía de iones en materiales. Se manejan técnicas de ultra alto vacío, de detección de electrones, de iones, técnicas de tiempo de vuelo, cañones de electrones y de iones.

• L.C. Davisson y L.H. Germer, Diffraction of Electrons by a Crystal of Nickel, Phys. Rev. 30 (1927) 705.
• D.P. Woodruff y T.A. Delchar, Modern Techniques of Surface Science (2da Edición, Cambridge University Press, Cambridge, 1994), Biblioteca

Frenamiento de partículas alfa en gases

Se estudia el frenamiento de partículas alfa y beta en gases. Se caracteriza el funcionamiento de los detectores de barrera de superficie en función de la polarización, la temperatura, las capacidades de los cables y de las etapas de preamplificación. Se utiliza electrónica típica de física espacial.

• A. Poskus, Energy loss of alpha particles in gases, Documento.
• G.F. Knoll, Radiation detection and measurement (4ta Edición, Wiley, Hoboken, 2010), Biblioteca

Magnetismo: Magnetómetro de Muestra Vibrante

Esta práctica se realiza en torno a un Magnetómetro de Muestra Vibrante (VSM), originalmente desarrollado por S. Foner en los años 1950. Permite medir la magnetización M de un material en función del campo magnético y la temperatura. Se pueden realizar experimentos en los cuales se mide la magnetización en distintas condiciones, a temperatura constante variando el campo magnético (ciclos de histéresis); con campo magnético constante y variando la temperatura, o simplemente fijando la temperatura y el campo y midiendo como varía la magnetización en el tiempo. Estos experimentos permiten caracterizar y estudiar en detalle materiales que presentan distinto tipo de respuesta: Paramagnetismo, Ferromagnetismo, Antiferromagnetismo, Ferrimagnetismo y Helimagnetismo. Adicionalmente, se pueden estudiar los efectos que tiene cambiar la forma de la muestra y la presencia de anisotropías. También se pueden explorar diferentes cantidades termodinámicas de relevancia como la entropía magnética y estudiar las transiciones de fase en el marco de modelos de campo medio.

Algunos de los materiales estudiados en los últimos años fueron el gadolinio metálico (Gd), disprosio metálico (Dy), óxido de gadolinio (Gd₂O₃) y manganitas de la familia La_1-xCa_xMnO₃.

• Presentación de la práctica en PDF.
• Apuntes: Magnetismo y Magnetometría de muestra vibrante.
• S. Foner, Versatile and Sensitive Vibrating-Sample Magnetometer, Rev. Sci. Instrum. 30 (1959) 548.
• S. Foner, "The vibrating sample magnetometer: Experiences of a volunteer", J. Appl. Phys. 79 (1996) 4740
• J. Mallinson, "Magnetometers coils and reciprocity", J. Appl. Phys. 37 (1966) 2514
• A. Zieba and S. Foner, "Detection coil, sensitivity function, and sample geometry effects for vibrating sample magnetometers", Rev. Sci. Instrum. 53 (1982) 1344
• J.M.D Coey, Magnetism and Magnetic Materials (Cambridge University Press, Cambridge, 2010), Biblioteca.
• S Blundell, Magnetism in Condensed Matter (Oxford University Press, U.K. 2003), Biblioteca.
• B.D Cullity y C.D. Graham, Introduction to Magnetic Materials (2da Edición, IEEE/Wiley, Hoboken, 2009), Biblioteca.

Transporte en superconductores

Usaremos un criogenerador para cambiar la temperatura y medir resistencia en monocristales superconductores anisotrópicos en configuración de terminales múltiples. Nos centraremos en el compuesto superconductor de alta temperatura crítica (SATC) Bi₂Sr₂CaCu₂O₈ que es el más anisotrópico de la familia de los SATC.

ver artículos de revisión de SATC

• http://article.sciencepublishinggroup.com/pdf/10.11648.j.ajpa.20150302.15.pdf

libros de superconductividad:

• Libro de M. Tinkham Introduction to superconductivity (2ed., MGH, 1996)(K)(T)(ISBN 0070648786)(472s)
• Libro de P. G. De Gennes Superconductivity of Metals and Alloys
• Libro de E.A. Lynton Superconductivity ~1964

Pozos cuánticos

En un recorrido pedagógico sobre los efectos cuánticos en la estructura electrónica de átomos y sólidos, estudiaremos con métodos de espectroscopía óptica los estados cuánticos de electrones confinados en pozos artificiales. Si el tiempo disponible lo permite, también veremos cómo estos estados se modifican de manera cualitativa cuando los pozos cuánticos se confinan además en cavidades de luz.

Prácticas Pasadas

• Ferroelectricidad en KDP
• Dilatación térmica
• Efecto Mpemba
• Frenamiento de partículas alfa en gases
• Desarrollo de dipositivos microelectrónicos
• Caracterización de barreras aislantes utilizando un microscopio de fuerza atómica conductora
• Mediciones primarias de temperatura usando ruido Johnson
• Helio 4 superfluido

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Experimental III

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