Revista mexicana de física

Estimación-identificación como filtro digital integrado: descripción e implementación recursiva

La teoría de filtrado digital en el proceso de identificación permite conocer la dinámica interna de los estados del sistema de referencia, considerado como caja negra o sistema base, que proporciona sus señales de entrada y de salida, que para el identificador es información esencial que forman parte de las acciones de identificación. Las acciones desarrolladas por el identificador consideran a la matriz de transición descrita por la función exponencial de los parámetros internos de la caja negra, la identificación de los estados con un retardo, la matriz de ganancias formada por error de correlación de convergencia y el proceso de innovación construido por la salida de ruido del sistema de referencia y el resultado de identificación. En el sistema de referencia visto como una caja negra, tanto los parámetros como los estados internos requieren ser descritos de alguna forma. Entre ambas descripciones, la más grave es la identificación de estados, al depender de la matriz de transición que está en función de los parámetros internos también por describir. Así que en la estructura del identificador, la matriz de transición se convierte en un problema esencial por resolver, muchas veces minimizado por el hecho de utilizar heurísticas que de algún modo permiten seleccionar una matriz de transición para minimizar el error de identificación. En este documento se propone un estimador como descriptor de los parámetros internos (técnica necesaria para conocer la dinámica interna de las ganancias de la caja negra), que permite generar la matriz de transición requerida por el identificador; respecto a la matriz de ganancia, el error de identificación (expresado por el segundo momento de probabilidad en forma recursiva) afecta el identificador como un algoritmo de adaptación. Y así lograr una tasa de convergencia adecuada. Es así como el filtro digital esta construido con dos acciones: la estimación y la identificación; interconectadas por la adaptación generada por la ganancia que ajusta dinámicamente los niveles del identificador para llegar la convergencia, deseada y que se puede observar en los resultados de la simulación.

The digital filter theory with identification process allows knowing internal states dynamics, with respect to a reference system, commonly considered as a black box or base system. This gives the identifier its input and output signals as essential information; so that the identifier is formed by identification actions. The actions developed by the identifier consider the transition matrix "described by the exponential function respect to internal parameters for the unknown black box reference system", identifying states delayed, with gain matrix "formatted by correlation convergence error" and the innovation process "build by the output base system noise and the identification result." Unfortunately, in the black box concept the internal parameters have the same problem, which means, neither observed nor transition matrix, because it is a description function depicted exponentially. Thus, the identifier structure considers that the transition matrix is an essential problem. This paper proposes the estimator as internal parameter descriptor "this is a technique required to describe the internal gains with respect to the black box system" thus generating the transition matrix. With respect to the gain matrix, the identification error "expressed by a second probability moment in recursive forms" affects the identifier as an adaptive algorithm. This allows having a sufficient convergence rate. The filter is built with two actions: estimator and identifier, this considers the adaptive properties with respect to the gain and dynamically adjusts the identifier convergence levels, observed in simulation results.

Estudio de las características de propagación de un plasma pulsado generado en un acelerador coaxial

La propagación de un pulso de plasma generado en un acelerador coaxial de 4 kJ, es detectada simultáneamente a través de una sonda doble de Langmuir y un sistema óptico de deflexión láser. La señal de deflexión sobre un haz láser de He-Ne, colocado perpendicularmente al eje de propagación, es una medida de los altos gradientes espacio-temporales generados por el pulso de plasma. Para esto se utiliza un detector de cuadratura de respuesta rápida (10 ns), que permite medir desviaciones angulares del haz de hasta 2 µrad. La sonda de Langmuir se utiliza para medir los tiempos de vuelo del plasma a lo largo del eje bajo diferentes condiciones del gas de fondo. El estudio comparativo de estas dos señales es realizado en ambientes de nitrógeno y helio a presiones de 50 a 500 mTorr sobre una cámara de expansión de 50 cm de longitud y 10 cm de diámetro.

The propagation and expansion of the plasma produced by a coaxial plasma gun is evaluated simultaneously using a laser beam deflection technique and a Langmuir double probe. The first method is very sensitive to the time and space dependent gradients produced by the pulsed plasma, and it is applied to measure the resulting beam deflection over a He-Ne laser beam that is placed perpendicular to the propagation axis. The system with a quadrature detector has a rise time response of 10 ns and a resolution of 2 µrad. The Langmuir double probe is used along the axis and allows us to measure the time of flight under diverse plasmas conditions. We present comparative measurements for Nitrogen and Helium background gases from 50 to 500 mTorr, in a 50 cm long and 10 cm diameter chamber.

Unfolding ray trace for plates and wedges

We present a new procedure to obtain analytic expressions for tracing rays in plates and wedges used edgewise applying the unfolding method for ray tracing, to be able to analyze the behavior of these optical components for transporting light in optical systems. The plates and wedges are useful in transforming the shape and characteristics of light beams, and also for changing the focal ratio or aperture number of these beams. The analytic expressions derived are simple to use in any application.

Presentamos un nuevo procedimiento para obtener expresiones analíticas para trazar rayos en placas y cunas usadas de canto aplicando el método de desdoblamiento para trazar rayos, para analizar el comportamiento de las placas y cuñas para transportar luz en sistemas ópticos. Las placas y las cunas son útiles en transformar la forma y las característica de los haces de luz. Y también para cambiar la razón focal o número de abertura de esos haces. Las expresiones analíticas derivadas son sencillas de usar en cualquier aplicación.

Electronic and magnetic properties of NiPd and CoPd nanostructures

We study the dependence of the magnetic properties of NiPd and CoPd segregated nanoclusters and slabs as a function of the 3d magnetic component concentration (x), the chemical order, and size. In the case of clusters we consider 3d cores coated by Pd atoms (3d/Pd) and also onion-like (Pd/3d/Pd) configurations. For the slabs we consider different possible segregated structures of the 3d and 4d atoms and study the evolution of the magnetic properties on these different configurations. We show that Pd coating gives rise to an enhancement of the average magnetic moment of the Ni or Co core atoms and of the Pd atoms as well. Larger values of the average magnetic moments are obtained in the onion-like structures (Pd/3d/Pd) than in the core/shell (3d/Pd) configuration. We compare with theoretical and experimental results available in the literature.

Se estudia la dependencia de las propiedades magnéticas de nanocúmulos segregados y películas de NiPd y CoPd como función de la concentración de la componente magnética 3d (x), del orden químico y del tamaño. En el caso de los cúmulos, se consideran núcleos 3d cubiertos por átomos Pd (3d/Pd) y también configuraciones por capas tipo cebolla (Pd/3d/Pd). Para las películas se consideran diferentes posibles estructuras segregadas de los átomos 3d y 4d y se estudia la evolución de las propiedades magnéticas de las diferentes configuraciones. Se muestra que la cubierta de Pd da lugar a un incremento del momento magnético promedio de los átomos del núcleo de Ni o Co así como de los átomos de Pd también. Se obtienen valores más grandes de los momentos magnéticos promedio en las estructuras por capas (Pd/3d/Pd) que en las configuraciones núcleo/cubierta (3d/Pt). Se compara con resultados experimentales disponibles en la literatura.

Entanglement and control operations in Heisenberg 3-D interactions of two qubits

Entanglement generated by the Heisenberg model has been studied by several authors in order to understand its relation to the magnetic properties of materials, using mainly particular cases in one or two dimensions for two or more particles. In this work, the evolution of the Heisenberg model is solved for two particles including an inhomogeneous magnetic field in three dimensions, giving a detailed study of the entanglement properties derived from this interaction. Some relations between entanglement and energy or spin are verified, based on known relations for these observables. Finally, some possible quantum control operations are suggested to drive bipartite qubits with an external magnetic field, controlling their evolution into a periodical behavior. These operations become useful to preserve the system properties as well as to transfer information between two parts which can be exploited in engineering applications (e.g. quantum computation or quantum information).

El enmaranamiento generado por el modelo de Heisenberg ha sido estudiado por diversos autores con la finalidad de comprender su relación con las propiedades magnéticas de los materiales, usando para ello casos particulares para la interacción entre dos o más partículas en una y dos dimensiones. En este trabajo, la evolución del modelo de Heisenberg es resuelta para tres dimensiones y dos partículas, incluyendo además un campo magnético no homogéneo, dando un estudio detallado de las propiedades del enmarañamiento generado por esta interacción. Algunas relaciones del enmarañamiento con la energía o el espín son revisadas, de acuerdo a propiedades conocidas para estos observables. Finalmente, algunas operaciones de control son sugeridas para qubits bipartitas bajo la acción de campos magnéticos externos induciendo a la evolución hacia un comportamiento periódico. Estas operaciones resultan útiles para conservar las propiedades del sistema o bien para transferir información entre las dos partes que la conforman para aplicaciones útiles ingeniería cuántica (e.g. computo cuántico o información cuántica).

Intergranular properties of uniaxially pressed YBa₂Cu₃O_7-_δ ceramic samples

We performed measurements of electrical resistivity as a function of temperature, ρ(Τ), in polycrystalline samples of YBa2Cu3O7-δ (Y-123) subjected to different uniaxial compacting pressures. We observed by using X-ray diffractometry that samples have a very similar composition. Most of the identified peaks are related to the superconducting Y-123 phase. Also, from the X-ray diffraction patterns performed, in powder and pellet samples, we estimated the Lotgering factor along the (00l) direction, F(00l). The results indicate that F(00l) increases from 0.13 to 0.16. From electrical resistivity measurements as a function of temperature, we were able to separate contributions arising from both the grain misalignment and microstructural defects. We found appreciable degradation in the normal-state transport properties of samples with an increase in uniaxial compacting pressure. It seems that this type of behavior is associated with an increase in the influence of microstructural defects at the intergranular level. The experimental results are analyzed in the framework of a current conduction model of granular samples.

Se presentan mediciones de resistividad eléctrica como función de la temperatura en muestras policristalinas de YBa2Cu3O7-δ (Y-123) sometidas a diferentes presiones de compactación antes de la sinterización final. Mediante el análisis de difracción de rayos-X se observó que las muestras poseen una composición muy parecida. En todos los casos la fase mayoritaria es de Y-123. Además, de los patrones de rayos X medidos en polvos y en pastillas, pudimos estimar el factor de Lotgering en la dirección (00l), F(00l). Los resultados obtenidos indican que F(00l) aumenta ligeramente desde 0.13 hasta 0.16. De las mediciones de resistividad eléctrica como función de la temperatura separamos las contribuciones asociadas con la desorientación de los granos y los defectos microestructurales. Se encontró un deterioro de las propiedades eléctricas de las muestras en estado normal con el aumento de la presión de compactación. Los resultados sugieren que el comportamiento obtenido esta asociado a un incremento de defectos microestructurales a nivel intergranular. Los resultados experimentales son analizados en el marco de un modelo de conducción eléctrica en estado normal propuesto para materiales granulares.

Quasinormal frequencies of the Dirac field in the massless topological black hole

Motivated by the recent computations of the quasinormal frequencies of higher dimensional black holes, we exactly calculate the quasinormal frequencies of the Dirac field, propagating in D-dimensional (D > 4) massless topological black hole. From the exact values of the quasinormal frequencies for the fermion and boson fields we discuss whether the recently proposed bound on the relaxation time of a perturbed thermodynamical system is satisfied in the D-dimensional massless topological black hole. Also we study the consequences of these results.

Motivados por el cálculo de las frecuencias cuasinormales de agujeros negros cuyo número de dimensiones D es mayor o igual a cuatro, en el presente artículo calculamos exactamente las frecuencias cuasinormales del campo de Dirac moviéndose en el agujero negro topológico de masa cero con D > 4. Usando los valores exactos de las frecuencias cuasinormales para los fermiones y bosones, discutimos si el límite, recientemente propuesto, sobre el tiempo de relajamiento de un sistema termodinámico perturbado se satisface en el agujero negro topológico de masa cero con D > 4. Adicionalmente estudiamos algunas consecuencias de estos resultados.

Estimación de parámetros usando la deconvolución y la pseudoinversa: descripción e implementación recursiva

En este trabajo se presenta un estimador de parámetros recursivo con base al modelo matricial de deconvolución como proceso de filtrado, con el cual es posible conocer la dinámica interna del modelo tipo caja negra con respuesta lineal, y con evolución invariante en el tiempo. La extensión del proceso de convolución a un periodo de tiempo conformado por un grupo de intervalos en los cuales el sistema no cambia de contexto, permite hacer una aproximación al producto matricial con base en el cual el sistema real, dadas sus entradas y salidas dentro de ese periodo de tiempo, será visto como un sistema multivariable al no cambiar de contexto y al mantener sus condiciones de invarianza, de manera que es necesario el uso de la pseudoinversa en la estimación, ya que se observan problemas de inversión y de singularidad en su desarrollo. De igual forma, las medidas de dispersión respecto a una referencia, considerando la traza tanto de la matriz de referencia como de su estimada, permiten describir al error cuadrático medio, decibeles y Bode, todos desarrollados de manera recursiva, estableciendo un enlace con sus estados inmediatos anteriores para el consumo de la menor cantidad de recursos computacionales. Se realiza una descripción de las condiciones de estabilidad a cubrir por el estimador tomado en cuenta los criterios de Lyapunov. De manera ilustrativa, se presento una simulación utilizando MatLab® [7], en la que las formas extendidas dentro de un intervalo de tiempo son vistas como matrices no cuadradas, permaneciendo el sistema invariante respecto a un vector de entrada, y se tiene como resultado un proceso de estimación recursivo. Se concluyó que en el proceso de deconvolución, la estimación extendida es una herramienta para sistemas no cuadrados con evolución invariante en el tiempo.

This work presents a parameter estimator in recursive form based in deconvolution matrix model as a discrete filter process, in which is possible to know the internal convolution dynamics respect to black box with time invariant lineal answer. Extending the convolution process to a period conformed by a group of intervals where the system doesn't change, allows the approximation to matrix description in base to the real system, giving their inputs and outputs in the same period, generating a multivariable description, without change the context holding its invariance conditions, needs the pseudoinverse estimation, because observe in it singularities and inversion problems. In the same way the dispersion measures respect to the reference, considering the trace as the reference matrix as its estimated, described by the mean square error, Decibels and Bode, all of its developed in recursive form, allowing to link between its immediate past states to consume the minimal computational resources. The stability conditions evolved required estimator, considered in this case the Lyapunov Criteria. In illustrative sense, develop us the simulation in where the extended matrixes are non square form and bounded temporally into time interval, considering time invariant conditions respect to bounded input, having a recursive estimator as a final result. In this work concluded considering that the deconvolution as an estimator is a tool required for non square systems invariant in the time.

Estudio mediante dinámica molecular de la estructura tridimensional del κ-carragenano en diferentes solventes

El κ-carragenano es un polisacárido iónico extraído de algas marinas rojas constituido por unidades repetitivas copolimericas de α-(1-3) D-galactosa 4-sulfato y β-(1-4) 3,6-anhydro-D-galactosa. El conocimiento de las bases moleculares que determinan la conformación tridimensional de este polisacárido, es fundamental tanto para comprender las interacciones que llevan a la formación de geles como para regular sus propiedades industriales. Como sucede con tantos biopolímeros, si bien su estructura primaria es conocida, su estructura secundaria no está aún bien determinada, dependiendo la misma de las condiciones físico-químicas de la solución. En este trabajo proponemos estudiar el efecto de las moléculas de solvente sobre la conformación molecular. Para ello se ha realizado un estudio mediante dinámica molecular (MD) de un decámero de las unidades disacarídicas que forman el κ-carragenano, con el soluto sumergido en dos solventes moleculares explícitos de propiedades muy distintas: DMSO y agua. Las simulaciones fueron realizadas utilizando el paquete computacional GROMACS MD, utilizando en ambos cálculos átomos de Na+ como contraiones. Se han calculado las trayectorias de los ángulos diedros glicosídicos, los enlaces hidrógenos y las distancias interatómicas más relevantes a la conformación polimérica, mostrándose un buen acuerdo con los resultados experimentales disponibles, así como una coherencia global con cálculos previos de mecánica y dinámica molecular en agua o vacío.

The κ-carrageenan is an ionic polysaccharide extracted from marine red algae constituted by the copolymeric repetitive units of α-(1-3) D-galactose 4 - sulfate and β-(1-4) 3,6-anhydro-D-galactose. The knowledge of the molecular bases that determine the three-dimensional conformation of this polysaccharide is fundamental to understand the interactions leading to gel formation, as well as the regulation of its industrial properties. As with other biopolymers, even though its primary structure is well-known, the secondary structure is still a matter of debate. This work present and discuss the results of Molecular Dynamics (MD) simulations of a decamer of the repeating disaccharide unit constituting the κ-carrageenan. The simulations were run using the GROMACS MD package, with the solute immersed in molecular solvent, either DMSO or water, and using Na+ atoms as counterions. The dynamics of the central glycosidic angles are presented, as well as the pattern of possible intramolecular and solvent mediated H-bonds and some characteristics interatomic distances. These results are in good agreement with the available experimental data, as well as those of previous molecular mechanics and dynamics.

Bonding of water to copper atom at an almost random interaction

The results of a density functional theory (DFT) study of the bonding between water and an ionized copper atom are presented through an all-electron calculation. The C1, C2v and Cs approaches of the metal atom toward the oxygen atom on H2O are investigated. The analysis shows the geometric dependency of the copper-water bonding energy in the form of approaching this metal to the water molecule. Bonding exists only in the conical region perpendicular to the plane of the water molecule with vertex in the oxygen atom. Our results suggest experimental possibilities such as copper transport in water, or preventing the copper from attaching onto the water molecule by orienting it by means of external electric fields to the directions less favorable to the reaction.

Los resultados de un estudio de teoría funcional de la densidad acerca del enlace entre una molécula de agua y un átomo de cobre ionizado se presentan por medio de un cálculo todo-electrón. Se investigan aproximaciones C1, C2v, y Cs del átomo de metal al átomo de oxígeno en H2O. El análisis muestra la dependencia geométrica de la energía de enlace agua-cobre en la forma de aproximar este metal a la molécula de agua. El enlace existe solo en la región cónica perpendicular al plano de la molécula de agua con vértice en el átomo de oxígeno. Nuestros resultados sugieren posibilidades experimentales tales como transporte de cobre, o prevención del ataque del cobre a la molécula de agua orientándola por medio de campos eléctricos externos a la dirección menos favorable a la reacción.

Medidor de distancias con referencia interferometrica

En este trabajo se describe un instrumento óptico para medir distancias. Su funcionamiento está basado en un interferómetro de desplazamiento lateral y en la observación del paralelismo entre dos patrones de franjas rectas. Cálculos realizados en computadora muestran las distancias que se pueden medir, aunque en la práctica no es posible llegar a las predicciones teóricas ya que el instrumento requiere una calibración previa, por lo que el rango de medición que se analiza es sólo de 3000 mm. Debido a que la distancia se obtiene desplazando una lente, la resolución e incertidumbre de medición del instrumento se ven afectadas por este elemento óptico.

An instrument for measuring distances is described. Its functioning is based in a lateral shearing interferometer and the observation of the collimation of a laser beam. Two interference patterns of straight fringes are used to measure the distance and only when the fringes are parallels the measurement is considered. Results obtained and related with resolution and uncertainty of measurement of the instrument are presented.

Reduction of splice loss between dissimilar fibers by tapering and fattening

A method for reducing splice loss between dissimilar optical fibers is presented. The fibers are first spliced by using a standard fusion splicing procedure, and then the fiber with the greater core is tapered before the splice point, while the fiber with the smaller core is fattened. By using this technique we have consistently obtained splice loss values of 0.13 dB between a DS/SMF and an SMF28 fiber, and 0.09 dB between a 980HP fiber and an SMF28 fiber.

Presentamos un método para reducir las perdidas en empalmes entre fibras ópticas con diferentes características. Las fibras son unidas usando un procedimiento de fusión estándar, para luego reducir el diámetro de la fibra con el núcleo de mayor tamaño antes del punto de unión, mientras que la fibra con el diámetro de núcleo menor es ensanchada. Mediante el uso de esta técnica hemos obtenido de manera consistente perdidas de 0.13 dB en un empalme entre una fibra DS/SMF y una fibra SMF28, y perdidas de 0.09 dB en un empalme entre una fibra 980HP y una fibra SMF28.

**Calentador de sustratos compacto y de bajo costo para tratamiento térmico in situ de películas delgadas depositadas por rf-sputtering**

En este trabajo se presenta el diseño y construcción de un calentador de sustratos de bajo costo, el cual es capaz de operar en sistemas de alto vacío. Su utilización se centra en proporcionar tratamiento térmico in-situ durante el crecimiento de películas delgadas bajo condiciones de presión controlada y atmósfera corrosiva. El calentador fue construido principalmente de acero inoxidable, cerámica y una resistencia comercial de khantal-A1. El cuerpo del horno es enfriado usando un sistema de aletas y líquido refrigerante, el cual se encuentra completamente aislado de la cámara de depósito. El diseño del calentador también incorpora un sistema de rotación que permite que el sustrato gire durante el proceso de crecimiento proporcionando uniformidad a la película. La temperatura del sustrato es monitoreada mediante un termopar tipo "K" que retroalimenta a un controlador de temperatura, el cual modula una fuente de poder variable que suministra el voltaje a la resistencia. Con el propósito de evaluar la funcionalidad del sistema de calentamiento, éste se montó en un equipo de rf-sputtering y se crecieron películas delgadas de BaTiO3 con distintas temperaturas de sustrato en una geometría off-axis. El sistema de tratamientos térmicos in-situ es capaz de proveer una temperatura uniforme al sustrato así como de operar por largos periodos de tiempos.

In this work we present the design, construction and the evaluation of a low cost substrate heater for working at high vacuum. Its use concentrates in providing in-situ annealing during the growth of thin films under conditions of controlled pressure and corrosive atmosphere. The heater was constructed mainly of stainless steel, ceramic and a resistance of khantal-Al. The body of the heater is cooled using a system of fins and cooling liquid which is isolated completely of the vacuum chamber. The design of the heater also incorporates a rotation system that allows that the substrate turns during the process of growth providing uniformity to the film. Temperature of the substrate is recorded by a type "K" thermocouple which feeds back a temperature controller that provides a modulated voltage to the heating resistance. In order to evaluate the functionality of the heating system, this was mounted in a rf-sputtering equipment and thin films of BaTiO3 were grown under different substrate temperatures in an off-axis geometry. The heating system is able to provide an uniform temperature to the substrate as well as to operate by long periods of times.

Proceso de grabado seco de silicio monocristalino para aplicaciones en guías de onda coplanares

En este trabajo se estudia la utilización de grabado anisotrópico y SRO con la finalidad de mejorar el rendimiento de las guías de onda coplanares. Se presentan resultados experimentales de grabado seco de silicio monocristalino para su aplicación en la fabricación de guías de onda coplanares (CPW's) empleando un reactor RIE/ICP. Se observa la contribución de los componentes tanto físicos como químicos de grabado seco. Los gases reactivos que se utilizan son el hexafluoruro de azufre (SF6) mezclado con oxígeno (O2). Para el grabado se emplean enmascarantes de fotorresina (FR) y óxido de silicio (SiO2), este último es obtenido mediante depósito químico en fase vapor a presión atmosférica (APCVD). Se obtienen velocidades de grabado de 2.8 a 3.4 µm/min al utilizar SiO2 como enmascarante.

In this work, the anisotropic etching and the use of silicon rich oxide (SRO) are studied in order to improve the waveguide coplanar (CPW). Experimental results of dry etching of mono-crystalline silicon for application in CPW's using RIE/ICP reactor are presented. The contribution of the physical as much chemical components of dry etching is observed. The reactive gases that are used are Sulfur hexafluoride (SF6) mixed with oxygen (O2). For etching the silicon masks of photo-resist and silicon oxide (SiO2) are used, this last one is obtained by atmospheric pressure chemical vapor deposition (APCVD). Speed of etching from 2.8 to 3.4 µm/min are obtained when using SiO2 as mask.