Diferencia entre revisiones de «EXPERIM3-Practicas»

De Física Experimental IB
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* Caracterización de barreras aislantes utilizando un microscopio de fuerza atómica conductora  
 
* Caracterización de barreras aislantes utilizando un microscopio de fuerza atómica conductora  
 
* Mediciones primarias de temperatura usando ruido Johnson
 
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Revisión del 15:08 25 jul 2023


Prácticas Disponibles


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.


Transición orden-desorden en películas delgadas

La técnica de difracción de rayos X (DRX) es una herramienta fundamental para el estudio de la estructura cristalina de materiales sólidos. Con esta técnica es posible determinar el tamaño y la simetría de la red cristalina, las posiciones de los átomos en la red, etc. Si bien en la mayoría de las aleaciones binarias los átomos están distribuidos al azar en las posiciones de la celda unidad, existen algunas aleaciones (por ejemplo Cu3Au, CuZn, FePt, FePd) en las que, por debajo de cierta temperatura, los átomos pueden estar en posiciones bien determinadas ordenándose de manera periódica en un orden de largo alcance. Esta transición, denominada orden-desorden, se puede caracterizar mediante los cambios que se observan en los patrones de difracción.

En el presente trabajo se fabricarán películas delgadas de la aleación FePt por técnicas de magnetron sputtering. Debido al proceso de fabricación, la aleación crece desordenada (fase A1) a temperatura ambiente y es necesario un tratamiento térmico para favorecer el orden atómico (fase L10). Se realizarán tratamientos térmicos a distintas temperaturas y se evaluará el grado de orden con técnicas de DRX. Adicionalmente se estudiará el cambio de propiedades magnéticas y de transporte eléctrico, con el grado de orden atómico en las películas.

Bibliografía:

  • Transición orden-desorden: Elements of X-Ray Diffraction B.D. Cullity, S.R. Stock 3rd Ed. (2014) cap. 10.10
  • Propiedades estructurales de FePt: Growth, structure and magnetic properties of magnetron sputtered FePt thin films, Valentina Cantelli, Dresden 2010.


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.



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



Magnetismo: magnetómetro Foner

Esta práctica se realiza en torno a un equipo conocido como "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 (relajación magnética). 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 La1-xCaxMnO3.


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

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.


Imágenes no invasivas de tamaños de microestructuras de sistemas biológicos mediante resonancia magnética nuclear

La extracción de información cuantitativa de la microestructura del tejido vivo mediante imágenes no invasivas es un gran desafío para poder comprender los mecanismos de enfermedades y permitir el diagnóstico temprano de las patologías. Las imágenes por resonancia magnética nuclear (MRI en inglés) son una técnica prometedora y ampliamente utilizada para lograr este objetivo, pero aún proporciona baja resolución para revelar detalles de microestructura [1,2]. En esta práctica implementaremos un método nuevo basado en principios de la física cuántica para producir imágenes de tamaños de microestructura, donde uno puede filtrar la señal que proviene de tamaños microestructurales específicos [3]. El método se basa en sondear selectivamente la señal de los espines nucleares, utilizados como sensores cuánticos, para monitorear la difusión molecular dentro de compartimentos de tejidos. Se utilizará esta técnica en una muestra de levadura para generar imágenes con la señal proveniente del agua dentro de sus células y con la extra-celular [4]. Demostrar la posibilidad de hacer imágenes que distingan las componentes intra y extra celular es muy relevante para generar nuevas técnicas de diagnóstico médico temprano, y comprender una serie de procesos biológicos en animales y seres humanos.

[1] Le Bihan, D. Looking into the functional architecture of the brain with diffusion MRI. Nat. Rev. Neurosci. 4 (2003) 469.

[2] Callaghan, P. T. Translational Dynamics and Magnetic Resonance:Principles of Pulsed Gradient Spin Echo NMR. (Oxford University Press, 2011). Biblioteca.

[3] Capiglioni, M., Zwick, A., Jiménez, P. & Álvarez, G. A. Noninvasive Quantitative Imaging of Selective Microstructure Sizes via Magnetic Resonance. Phys. Rev. Applied 15 (2021) 014045.

[4] Suh, K.-J. et al. Water self-diffusion behavior in yeast cells studied by pulsed field gradient NMR. Biophysical Chemistry 104 (2003) 121.


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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