Revista mexicana de física

Adsorption of carbon monoxide on graphene with high titanium coverage

Density functional theory and molecular dynamics were used to study the adsorption of CO on a graphene layer modifie with high titanium coverage (C2Ti) at atmospheric pressure and 300 K. We found that the CO molecule is adsorbed and dissociated.

Por medio de la teoría de la funcional de densidad y de dinámica molecular, estudiamos la adsorción de Co en una capa de grafeno modificado con titanio con una cobertura muy alta (C2Ti) a presión atmosférica y 300 k. Encontramos que la molécula de CO queda adsorbida y disociada.

Decoherence from qubit-qubit dipolar interaction in an all silicon quantum computer

The qubit-qubit dipolar interaction arises with the very presence of the nuclear qubits in an all-silicon quantum computer (ASQC). Since such interaction depends on the qubit spatial separation noise is induced on entanglement through a damping contribution to the density matrix. A closed condition of "robustness" against decoherence is found. The term "robustness" is define unambiguosly. The existence of at least two exceptional coherent states is infered. The preparation of such states is within the range of present technological capabilities. Thus, the harmful effects of decoherence coming from the dipolar interaction can be diminished considerably. An approximate condition against decoherence, to leading order in 1/(qubit separation)[3], is derived. By expanding the time evolution operator in a series of Chebyshev polynomials an approximated expression for the density matrix, whose precision is of order 10-4, is also found. From this expression, a next-to-leading order approximation for the condition of robustness against decoherence is derived.

La interacción dipolar qubit-qubit surge con la sola presencia de los qubits nucleares en una computadora cuántica de silicio (ASQC). Como dicha interacción depende de la separación espacial de los qubits, se induce cierto ruido en entrelazamiento a través de una contribución amortiguante a la matriz de densidad. Hallamos una condición exacta de "robustez" contra decoherencia. Eso nos permite definir claramente el término "robustez". De dicha condición, inferimos la existencia de al menos dos estados coherentes exepcionales. La preparación de tales estados es posible usando las capacidades tecnológicas actuales. Así, los efectos dañinos de la decoherencia provenientes de la interacción dipolar pueden ser disminuidos considerablemente. Por otra parte, derivamos una condición contra la decoherencia a primer orden en 1/(separación entre qubits)[3]. Mediante una expansión del operador de evolución temporal en una serie de polinomios de Chebyshev, se halla también una expresión aproximada para la matrix de densidad cuya precisión es del orden 10-4. De tal expresión derivamos una aproximación para la condición exacta de "robustez" contra decoherencia.

Density functional investigation of silver, palladium and silver-palladium small sized clusters

We have investigated the geometrical and electronic properties of small sized Ag and Pd as well as bimetallic Ag-Pd clusters. By means of a pseudopotential scheme within density functional theory, we found the ground-state geometries and the spin multiplicity state for this family of metallic clusters. We computed the binding energy and the atom addition energy change for these family of clusters with two different density functionals. Ag and Pd cluster series exhibit a clear different behavior as a consequence of the atomic electronic structure. In particular we discuss the high symmetry silver clusters and the trends in the small sized bimetallic Ag-Pd systems.

En este trabajo presentamos los resultados del estudio de la propiedades estructurales y electrónicas de cúmulos pequeños de Ag y Pd así como cumulo bimetálicos Ag-Pd. Haciendo uso de pseudopotenciales en un esquema basado en teoría de los funcionales de la densidad electrónica, determinamos las propiedades geométricas la multiplicidad de espín del estado fundamental para estos sistemas. Calculamos la energías de cohesión y la energía de adición de átomos para estas familias de cúmulos haciendo uso de dos distintos funcionales de la densidad. Las dos series de cumulos de Ag y Pd muestran claramente comportamientos distintos. En particular, discutimos los resultados de cúmulos de alta simetría y las tendencias en loas cúmulos bimetálicos Ag-Pd.

Propiedades mecánicas de nitruros metálicos depositados con UBM: tecnología eficiente y ambientalmente limpia

El objetivo de esta investigación es estudiar la influencia de la configuración del campo magnético en un sistema de sputtering en las propiedades mecánicas de recubrimientos de CrN, TaN, TiN, NbN y ZrN. Se cuantificaron diferentes configuraciones del campo magnético a través del coeficiente de desbalanceo K G , que es proporcional al punto de campo cero en el magnetrón. En este trabajo de depositaron películas con dos configuraciones del campo magnético, K G =1.3 y 0.825. El efecto más importante de la configuración del campo magnético se observó en la dureza de la película. Al depositar sobre acero AISI M2 y acero 304, mejoraron las propiedades mecánicas y la resistencia al desgaste al aumentar el parámetro de energía; los valores de dureza más altos se obtuvieron para las películas de TaN, NbN y ZrN. Otra consecuencia del cambio en el campo magnético fue la variación en los esfuerzos residuales de compresión. La variación más alta se presentó en las películas de TaN mientras que las películas de CrN presentaron la menor concentración de esfuerzos.

The aim of this research is to study the influence of the magnetic field configuration in a sputtering system on the mechanical properties of CrN, TaN, TiN, NbN and ZrN coatings. Different magnetic field configurations were quantified through the unbalance coefficient, K G , which is proportional to the zero field point in the magnetron. In this work, films were deposited in two magnetic field configurations, K G =1.3 and 0.825. The most important effect of the magnetic field configuration was observed on film hardness. When depositing on AISI M2 and 304 steels, mechanical properties and wear resistance were increased when increasing energy parameter; higher hardness was obtained for TaN, NbN and ZrN films. Another consequence of the change in the magnetic field was compressive residual stress variation. Higher variation was presented on TaN films while CrN films presented lower stress concentration.

Impedancia longitudinal de un gas bidimensional de electrones en régimen de efecto Hall cuántico

Se realizaron mediciones de impedancia en un gas bidimensional de electrones en régimen de efecto Hall cuántico. Encontramos resonancias en la medida de impedancia, débiles a nivel de los plateaus cuantizados y muy agudas para cada principio y final de plateau. Estas resonancias las podemos describir parcialmente usando un modelo simplificado del circuito eléctrico. A partir del análisis de los resultados experimentales queda clara la gran influencia del sistema de mediciones sobre los resultados experimentales.

We have measured the longitudinal impedance of a two dimensional electron gas in the quantum Hall effect regime. We have found smooth resonances of impedance for the middle of quantized plateaus and large resonances at the beginning and the end of the plateaus. Those resonances can be partially described using a simplified electrical circuit model. The analysis of the different experimental results shows a great influence of the experimental setup on the experimental measurements.

Monte Carlo simulations of drop growth by coalescence and collision-induced breakup

A Monte Carlo framework to simulate the evolution of drop spectra by coalescence and collision-induced breakup is presented. The stochastic algorithm of Gillespie [1] for chemical reactions in the formulation proposed by Laurenzi and Diamond [2] was used to simulate the kinetic behavior of the drop population. Within Gillespie's framework, the collision-induced breakup process is modeled as a new "chemical reaction". The results of the Monte Carlo simulations were compared with the analytical solution to the collection-breakup equation obtained by Feingold et. al. [3], for an exponential distribution of satellite drops, and a constant collection and breakup kernels. A good correspondence between the analytical and the stochastic algorithm was found for this case.

Se presenta un algoritmo de Monte Carlo para simular la evolución del espectro de gotas por coalescencia y rompimiento inducido por colisiones. El algoritmo estocástico de Gillespie [1] para las reacciones químicas en la formulación propuesta por Laurenzi y Diamond [2] fue utilizado para simular la cinética de la población de gotas. El rompimiento inducido por colisiones es modelado en el formalismo de Gillespie [1] como una nueva "reacción química". Los resultados fueron comparados con la solución analítica para la ecuación de rompimiento encontrada por Feingold et. al. [3] para una distribución exponencial de las gotas satélites, y kernels de colección y rompimiento constantes. Se encontró una buena correspondencia entre la solución analítica y el algoritmo estocástico para este caso.

Quasi-static electromagnetic fields created by an electric dipole in the vicinity of a dielectric sphere: method of images

We present a quasi-static description of the electromagnetic fields created by an oscillating electric dipole in the vicinity of a dielectric sphere. In this description: the fields are generated by image sources, a simple physical picture of the electromagnetic response of the dipole nearby a dielectric sphere is obtained, and the nearfields are calculated from the Green tensor of a bulk medium. This quasi-static description can be applied to study radiative properties of emitters (molecules, atoms, etc.) placed in the vicinity of a dielectric spherical nanoparticle.

Se presenta una descripción cuasi-estática de los campos electromagnéticos creados por un dipolo eléctrico que oscila en la cercanía de una esfera dieléctrica. En esta descripción, los campos son generados por fuentes imagen, se obtiene una representación física simple de la respuesta electromagnética del dipolo cercano a la esfera dieléctrica y los campos cercanos se obtienen a partir del tensor de Green para un medio ilimitado. Esta descripción cuasi-estática puede ser aplicada en el estudio de las propiedades radiativas de emisores (moléculas, átomos, etc.) localizados en la cercanía de una nanopartícula esférica.

Some studies on safe maximum packing of live agents in crowds or containers

We study the geometrical and physical conditions for maximizing the safe packing of live agents in crowds or in containers, like wagons or subways. In order to accommodate small children in interstitial spaces among adults, we firs approximate standing-up people, as observed from above, as circles or ellipses. According to our results, in very crowded conditions babies are better protected only among "athletic" adults (in the sense that their shoulder-shoulder lateral distance is sufficientl larger than their lateral waist) by positioning them on the adults flan at kidney level. In several adults we applied sustained pectoral or thoracic pressure in order to fin the applied force dependence of the chest compression, and the maximum chest compression before not being able to breathe. For every five people barely fittin in a container, we can barely accommodate one more person, due to the chest compression of all persons. Practical recommendations are given in very crowded situations.

Estudiamos las condiciones geométricas y físicas para maximizar el transporte seguro de agentes vivos en contenedores, como en vagones o metros subterráneos. Para acomodar a niños pequeños en espacios intersticiales entre adultos, primero aproximamos a las personas vistas desde arriba, como círculos o elipses. Según nuestros resultados, en aglomeraciones muy densas los bebés están mejor protegidos solo entre los adultos "atléticos" colocándolos a un costado a la altura de los ríñónes. En varios adultos aplicamos presión pectoral o torácica sostenida para encontrar la dependencia de la compresión pectoral en la fuerza y la máxima compresión pectoral antes de no poder respirar. Por cada cinco personas apenas ajustadas en un contenedor, podemos acomodar a otra persona más, comprimiendo los pechos de todos. Se dan recomendaciones prácticas en aglomeraciones muy densas.

Information-theoretical analysis of gene expression data to infer transcriptional interactions

The majority of human diseases are related with the dynamic interaction of many genes and their products as well as environmental constraints. Cancer (and breast cancer in particular) is a paradigmatic example of such complex behavior. Since gene regulation is a non-equilibrium process, the inference and analysis of such phenomena could be done following the tenets of non-equilibrium physics. The traditional programme in statistical mechanics consists in inferring the joint probability distribution for either microscopic states (equilibrium) or mesoscopic-states (non-equilibrium), given a model for the particle interactions (e.g. the potentials). An inverse problem in statistical mechanics, in the other hand, is based on considering a realization of the probability distribution of micro- or meso-states and used it to infer the interaction potentials between particles. This is the approach taken in what follows. We analyzed 261 whole-genome gene expression experiments in breast cancer patients, and by means of an information-theoretical analysis, we deconvolute the associated set of transcriptional interactions, i.e. we discover a set of fundamental biochemical reactions related to this pathology. By doing this, we showed how to apply the tools of non-linear statistical physics to generate hypothesis to be tested on clinical and biochemical settings in relation to cancer phenomenology.

La mayoría de las enfermedades humanas están relacionadas con la interacción de muchos genes, y con condicionantes ambientales, lo que las hace fenómenos complejos. El análisis de las interacciones bioquímicas relacionadas se basa frecuentemente en la consideración de las relaciones de regulación genética. Puesto que la regulación genética es un proceso fuera del equilibrio, la inferencia y el análisis de ésta puede hacerse siguiendo los principios de la termodinámica irreversible y la mecánica estadística fuera del equilibrio. El enfoque tradicional de la mecánica estadística es inferir la distribución de probabilidad conjunta para los estados del sistema en términos de un modelo para las interacciones. Un problema inverso en mecánica estadística consiste en considerar una realización de la distribución de probabilidad y emplearla para inferir las interacciones entre las partículas. Tomamos este enfoque para analizar 261 experimentos de expresión de mRNA de genoma completo, en pacientes con cáncer de mama y, a través de una medida basada en la teoría de la información descubrir el conjunto de interacciones transcripcionales asociadas. Mostramos como aplicar las herramientas de la física estadística no-lineal para generar hipótesis (es decir, el conjunto de interacciones inferidas) que pueden ser probadas en ensayos clínicos y bioquímicos con relación a la fenomenología del cáncer.

Capillary penetration in cells with periodical corrugations

In this work we present a theoretical study of the spontaneous capillary flow of a viscous liquid, developed in the gap between a couple of parallel corrugated plates (corrugated Hele-Shaw cell). The periodical corrugation of the interior walls of the plates is assumed as a sine-like pattern, transverse to the flow direction. Such a configuration may generate periodical gaps with a structure where zones of maximum and minimum closing occur. This is a simple idealization of typical micro and nano fabricated gaps used to mould polymers by capillarity. This model can also be useful to understand the capillary flow in naturally fractured reservoirs. By using lubrication theory we found that a very peculiar temporal flow is developed which could be of interest in improving our knowledge of this type of moulding.

En este trabajo presentamos un estudio teórico del flujo capilar espontáneo, de un líquido viscoso, desarrollado en el espacio entre un par de placas paralelas (celda de Hele-Shaw corrugada). La corrugación periódica de las paredes interiores se supone como patrones tipo seno, transversa a la dirección de flujo. Tal configuración puede generar espacios periódicos con estructuras de máximo y mínimo acercamiento entre ellas. Esta es una idealización simple de los típicos espacios micro y nanofabricados usados para moldear polímeros por capilaridad. Este modelo también puede ser útil para entender el flujo capilar en yacimientos naturalmente fracturados. Usando la teoría de la lubricación encontramos que se desarrolla un peculiar flujo capilar temporal el cual puede ser de interés para mejorar nuestro conocimiento sobre este tipo de moldeo.

Procesamiento y caracterización de aceros microaleados calmados al aluminio

Una serie de aceros microaleados calmados al aluminio y estabilizados con titanio fueron fabricados mediante la ruta de horno de arco eléctrico, desgasado al vació, con refinación secundaria en olla y solidificados mediante colada continua. Las muestras resultantes se laminaron en caliente a 1100°C, y fueron enfriadas en aire hasta los 650°C y mantenidas a una temperatura durante 30 minutos para enfriarlos posteriormente a temperatura ambiente. Las muestras resultantes se laminaron en frío a temperatura ambiente y fueron recocidas a 700°C. Posterior a su evaluación microestructural, de textura y de propiedades mecánicas, las muestras recristalizadas mostraron propiedades mecánicas similares a las establecidas por la industria automotriz.

A series of microalloyed aluminium-killed steels stabilized with titanium, were made by means of the route of electrical arc furnace, vacuum degasser, secondary refinement and steel solidified into a continuous casting process. The resultant samples were hot rolling at 1100°C, cooled in air down to 650°C during 30 minutes, and cooled to room temperature. The resultant samples were cold rolled at room temperature and annealed at 700°C. In their microstructural, texture and mechanical properties evaluation, the re-crystallized samples showed mechanical properties similar to those used in the automotive industry.

Non-destructive measurement of the dielectric constant of solid samples

We discuss and analyze a practical methodology for the determination of the dielectric constant of a macroscopic solid sample in a nondestructive way. The technique consists in measuring the capacitance between a pointer electrode and the dielectric surface as a function of the separation distance in a scale comparable to the radius of curvature of the tip's apex. The changes in capacitance that must be measured will commonly be in the atto-farad scale and require specialized instrumentation which we also describe here. The technique requires two calibration standards and the sample needs to have a portion of its surface flat and some minimum dimensions, but otherwise it can have an arbitrary shape. We used a simple model based on the method of images to explain the methodology and present experimental results with the proposed methodology.

Se describe una metodología práctica para determinar la constante dieléctrica de una muestra sólida de una manera no destructiva. La técnica consiste en la medición de la capacitancia entre un apuntador y la superficie dieléctrica como función de la distancia de separación en una escala comparable al radio de curvatura de la punta. Los cambios en la capacitancia que se deben medir estarán normalmente en la escala de los ato-faradios y requieren de instrumentación especializada la cual también se describe aquí. La técnica requiere de dos patrones de calibración y la muestra necesita tener una porción plana en su superficie y con algunas dimensiones mínimas, pero fuera de eso puede tener una forma arbitraria. Utilizamos un modelo sencillo basado en el método de las imágenes para explicar la metodología y presentamos resultados experimentales con la metodología propuesta.