Revista mexicana de física

Nano hydroxyapatite crystals obtained by colloidal solution

A process for synthesising nanocrystalline hydroxyapatite powders using calcium nitrate tetrahydrated [Ca(NO3)2-4H2O] and phosphorous pentoxide [P2O5] by colloidal solution, is presented and discussed. The powders were washed and calcinated at different temperatures and then characterised by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM). The powder size was compared with the results obtained from TEM and the calculated with the Scherrer's formula.

En este trabajo se presenta un proceso de síntesis por solución coloidal para obtener polvos nanocristalinos de hidroxiapatita usando nitrato de calcio tetrahidratado [Ca(NO3)2-4H2O] y pentoxido de fosforo [P2O5]. Los polvos obtenidos fueron lavados y calcinados a diferentes temperaturas para ser caracterizados empleando difracción de rayos X (DRX), microscopía electrónica de barrido (MEB) y microscopía electrónica de trasmisión (MET). El tamaño de los polvos se obtuvo comparando los resultados obtenidos por MET con los calculados por DRX usando la fórmula de Scherrer.

Refractive index of multiline nanosecond laser-induced periodic surface structures and porous silicon

To study the effect of multiline laser processing in the optical response of silicon, a set of p-type single-crystalline silicon wafers with 0.01 to 0.02 Ωm resistivity, 525 μm thickness, and [111] orientation, was irradiated with a multiline Nd:YAG pulsed laser (1064, 532 and 355 nm) applying energies from 310 to 3100 J. A group of those surfaces was produced using argon gas blowing, while other group was manufactured in free atmosphere. Using confocal microscopy, it was observed that the gas-protected samples shown surface periodic structures in the form of ripples with an average pitch of 547 nm. Trough diffuse reflectance tests it was determined that proportionally to the energy supplied in the laser processing, these surfaces reflect between 10% and 30% in the UV region and between 60% and 80% in the IR region. On the other hand, the free atmosphere-made surfaces presented structures and diffraction properties characteristic of porous silicon (PS). The refractive index of the surfaces with periodic structures was calculated based on the diffuse reflectance measures while that of PS surfaces was calculated using the surface voids fraction (pores) determined with the confocal microscope image analysis software.

Para estudiar el efecto del tratamiento con laser multilínea en la respuesta (óptica del silicio, un conjunto de obleas de silicio tipo p monocristalino con resistividad entre 0,01 y 0,02 Ωm, espesor de 525 μm y orientación [111], fue irradiado con un láser Nd: YAG pulsado multilínea (1064, 532 y 355 nm) aplicando energías entre 310 y 3100 J. Un grupo superficies fue producido utilizando soplado con gas argón, mientras que otro grupo fue fabricado en atmósfera libre. Utilizando microscopía confocal, se observe) que las muestras protegidas con gas presentaron estructuras de superficie periódicas en forma de ondas con un paso promedio de 547 nm. A través de pruebas de reflectancia difusa, se confirma que en proporción a la energía suministrada en el tratamiento láser, estas superficies reflejan entre 10% y 30% en la región UV y entre 60% y 80% en la región IR. De otro lado, las superficies tratadas en atmósfera libre presentaron estructuras y propiedades de difracción características del silicio poroso (PS). El índice de refracción de las superficies con estructuras periódicas se calculó con base en las medidas de reflectancia difusa mientras que el de las superficies tipo PS se calculó utilizando la fracción de vacios (poros) en la superficie que a su vez se determinó con el software de análisis de imágenes del microscopio confocal.

WKB quantization for completely bound quadratic dissipative systems

We study the energy quantization for completely bound dissipative systems over a full cycle of motion. We approach the problem by means of an effective phenomenological Hamiltonian and the WKB quantization rule to obtain the energy levels in the system. An example of this approach is given for the quantum bouncer with quadratic dissipation.

Se estudia la cuantización de energía para sistemas completamente ligados con disipación cuadrática utilizando la teoría WKB. Se propone un nuevo Hamiltoniano efectivo que restaura la continuidad de la trayectoria en el espacio fase y permite obtener la cuantización de energía a través del área encerrada. Ilustramos nuestro método para el caso del rebotador cuántico con disipación.

Propiedades termodinámicas de fluidos de hombro/pozo cuadrado

Utilizando la técnica de simulación Monte Carlo de intercambio de réplicas se estudió un sistema compuesto por partículas esféricas que interactúan a través de un potencial discreto, constituido por un hombro repulsivo más un pozo cuadrado atractivo. Se presentan diagramas de fase, estructura y el efecto sobre el comportamiento de fases para tres alturas del hombro, manteniendo la profundidad y el alcance del pozo constante. Los resultados muestran que el incremento de la altura del hombro conlleva a una disminución en la temperatura y densidad del punto crítico. También se observa que el incremento de la energía del hombro restringe el rango de longitudes del enlace favoreciendo la cristalización.

Shoulder-square-well systems are studied by means of replica exchange Monte Carlos simulations. By fixing the depth and range of the square well, the influence of the shoulder height is analyzed on the phase diagrams, structure, and phase behavior. Results show that an increase of the shoulder height leads to a decrease of the critical point temperature and density. Furthermore, a larger shoulder height also favors crystallization by restricting the bonding length range.

La abertura de una lente, su efecto en el espectro de difracción convolutivo, frecuencia espacial y viñeteado

El objetivo del trabajo presentado fue determinar los modelos matemáticos de difracción de frecuencia espacial, uno paraxial y el otro no paraxial. El estudio se realizó considerando el efecto que produce la abertura finita de una lente esférica sobre un haz de luz difractado que incide en ella, empleando conceptos de la óptica geométrica; y de la óptica física, como la propagación del espectro angular interpretado como un campo de difracción convolutivo de ondas monocromáticas. El análisis se centró en la propagación del campo eléctrico de ondas monocromáticas difractadas por un objeto extendido, desde el plano x0y0 hasta el plano de incidencia xy de la lente referida; el objeto fue iluminado con ondas planas, y se situó a una distancia finita de la lente esférica. Como resultados se obtuvieron los modelos matemáticos de espectros de difracción de frecuencia paraxial y de máxima frecuencia espacial; a partir de dicha formulación se determinaron las expresiones para las frecuencias espaciales máxima y paraxial, que debe aceptar la pupila de entrada con respecto a las dimensiones que debe poseer el objeto difractor extendido, para minimizar el efecto de viñeteado.

We present two diffraction models considering spatial frequencies, one paraxial and the other non-paraxial, to study the effect of the finite aperture of a lens used as transformer of the diffracted light. We use concepts of both geometrical and physical optics as the propagation of the angular spectrum as a convolved diffracted field of monochromatic waves. The analysis is based on the propagation of a diffracted monochromatic electric field produced by an object, located in a perpendicular plane to the propagation path, and placed at a finite distance of a transformer lens. We obtained a set of equations for the paraxial and maximum spatial frequencies accepted by the entrance pupil, associated to the lens, with respect to the size of the diffracting object, in order to reduced the vignetting.

La morfogénesis como resultado de la transmisión e integración de información biológica

En su artículo original de "La base química de la morfogénesis", A.M. Turing [1] propuso un mecanismo basado en el efecto combinado de difusión y reacción química de dos diferentes morfógenos, con el objeto de explicar la emergencia de patrones. En ese mismo trabajo el sugirió que este enfoque puede ser utilizado en redes de regulación genéticas. Sin embargo ésta aproximación ha sido criticada debido a que los así llamados morfógenos no ha sido difícil indentificarlos en distintos escenarios. En este artículo proponemos que el efecto de difusión y reacción química puede ser remplazado o complementado por mecanismos de comunicación intercelular. Conceptualmente esto es equivalente a decir que lo que se difunde efectivamente es información. En otras palabras, la información puede ser considerada como el morfógeno equivalente. Presentamos también un formalismo basado en el cálculo-Π estocástico que permite obtener patrones en un caso prototípico, llamado el activador-inhibidor.

In his original paper on the chemical basis of morphogenesis, A.M. Turing [1] proposes a mechanism based on the combined effect of diffusion and two reacting morphogens to explain the emergence of patterns. In the same paper he suggests that this framework can be applied to the case of genetic regulatory networks. This approach has been criticized since the so called morphogenes have been difficult to identify in many cases. In this paper we propose that the effect of diffusion and chemical reactions can be either replaced or complemented by intercellular communication mechanisms. Conceptually this is equivalent to saying that what is effectively diffusing is information. In other words, that information can be treated as the actual morphogene. We present a formalism based on stochastic Π-calculus that enables us to obtain patterns in a prototypical case, namely, the activator-inhibitor system.

Anharmonic properties of Raman modes in double wall carbon nanotubes

The temperature dependence of the radial breathing modes (RBMs) and the zone-center tangential optical phonons (G-bands) of double-walled carbon nanotubes (DWCNTs) has been investigated between 300 and 700 K using Raman scattering. As expected, with increasing temperature, the frequencies of the Raman peaks, including the RBMs and G-bands downshift simultaneously. We show here that the temperature dependence of the RBMs can be fitted by a simple linear dependence and different RBMs have different frequency shifts. We observe a noticeable nonlinearity in the temperature dependence of the G-band associated with the outer semiconducting tube (s). The deviation from the linear trend is due to the contribution of the third-order anharmonic term in the lattice potential energy with a pure temperature effect. An estimated value of 1.5 for the Grüneisen parameter of the (s) band was found.

La variación con la temperatura de los modos de respiración radial (RBMs) y los fonones ópticos tangenciales de centro de zona (banda G) de los nanotubos de doble pared (DWCNTs) han sido investigados en el rango de 300 a 700 K utilizando dispersión Raman. Como era de esperarse, con el incremento de la temperatura las frecuencias de los picos Raman de los RBMs y las bandas G se desplazan hacia más bajas frecuencias. Nosotros demostramos que la variación con la temperatura de los RBMs puede ser ajustada mediante un modelo lineal y muestran diferentes desplazamientos en frecuencia. Nosotros observamos una no linealidad importante en la variación con la temperatura de la banda G asociada a los tubos semiconductores externos ((s)). La desviación se debe a la contribución del término anarmónico de tercer orden en la energía potencial. Se encontró un valor estimado de 1,5 para el parámetro de Grüneisen de la banda (s).

Comparative measurement of in plane strain by shearography and electronic speckle pattern interferometry

In this work, an optical setup that gives the possibility of using either ESPI or ESPSI has been implemented to assess in-plane strains induced on a composite sample. First, in-plane ESPI was used to measure displacement fields, which later allowed us to evaluate the corresponding strain fields. Next, we applied ESPSI to measure the derivative of in-plane surface displacements (the strains). The experimental results obtained by applying both techniques (ESPI and ESPSI) were compared. We found that the difference between the strain fields obtained by ESPSI and ESPI was roughly a constant. This result was expected since, although ESPI allows computing absolute strain values, the strains measured by ESPSI are relative to a reference that must be measured using an additional method. Once calibrated the system ESPSI, the ESPI could no longer be used. The strain field obtained in ESPSI is corrected by the sum of constant value calculated.

Enhancement backscattering of light: a direct visual-desktop experience

Direct visual images of the angular distribution of light scattered by one-dimensional, quasi-one-dimensional and two-dimensional randomly rough surfaces, in both plane- and conical-geometries of incidence, are shown. By using a simple desktop arrangement, the images clearly show the enhancement backscattering of light effect for these samples under a 633 nm wavelength, un-polarized, He-Ne laser illumination. Of particular interest is a circularly symmetric enhanced backscattering pattern associated to the uniformly two-dimensional rough surface employed. The surface profiles of the well-characterized samples can be modeled as a Gaussian random process with Gaussian correlation functions too.

Se muestran imágenes visuales de la distribución angular de la luz esparcida por superficies aleatoriamente rugosas unidimensionales, cuasi-unidimensionales y bidimensionales, tanto en la geometría de incidencia plana, como en la cónica. Utilizando un arreglo simple de escritorio, las imágenes muestran claramente el efecto del retroesparcimiento reforzado de la luz para esas muestras bajo una iluminación de 633 nm de luz no-polarizada, emitida por un láser de He-Ne. De interés particular es el patrón del retroesparcimiento reforzado circularmente simétrico, asociado a la superficie bidimensional uniformemente rugosa empleada. Los perfiles de las superficies caracterizadas pueden modelarse como procesos Gaussianos aleatorios con funciones de correlación también Gaussianas.

Estudio experimental sobre la evolución de los efectos no lineales que generan un espectro supercontinuo en fibras de cristal fotónico usando pulsos con duración de ns

Este trabajo presenta el estudio experimental realizado sobre la evolución espectral de un pulso de bombeo propagado dentro de dos distintos tipos de microestructuras con núcleo sólido en fibras de cristal fotónico (PCF, Photonic Crystal Fiber). Nosotros utilizamos como fuente de bombeo un láser Q-Switched Nd:YAG operando en el régimen de pulsos de nanosegundos (6 ns), con una longitud de onda central de 1064 nm, una frecuencia de repetición de 20 Hz y una energía de salida de ~180 mJ. La evolución del espectro de supercontinuo es presentado para un rango de variación de la potencia promedio que se encuentra entre los 0.05 mW - 1.86 mW a la entrada de las PCF, conforme se analiza el ensanchamiento del pulso se explican los fenómenos no lineales que intervienen en el proceso de generación de las nuevas frecuencias que aparecen a la salida de la PCF debido al pulso de bombeo. Un aspecto importante se basa en el desarrollo de un esquema óptico capaz de proporcionar un control adecuado sobre el acoplamiento de luz a la entrada de las PCF, lo cual evita dañar las fibras usadas en el trabajo. Los pulsos generados por el láser Q-SWITCH Nd:YAG son muy intensos, pudiendo afectar la PCF utilizada, debido a esto, el desarrollo del esquema óptico fue primordial para la obtención de los espectros de supercontinuo generados en cada una de las PCF (los cuales cuentan con un ancho espectral de ~705 nm y ~1100 nm, dependiendo del tipo de fibra empleada). Finalmente, en este trabajo se describen las posibles aplicaciones potenciales que pueden implementarse con el tipo de espectro generado en cada fibra estudiada.

This paper presents the experimental study on the spectral evolution of a pump pulse spread into two different types of microstructures with solid core in photonic crystal fiber (PCF). We use as pumping source a laser Q-Switched Nd: YAG operating in the regime of nanosecond pulses (6 ns) with a central wavelength of 1064 nm, a repetition rate of 20 Hz and an energy of ~ 180 mJ. Supercontinuum spectrum evolution is presented for a range of variation of input power between 0.05 mW to 1.86 mW at the input of the PCF. We analyze the pulse broadening explains the nonlinear phenomena involved in the process generation of new frequencies that appear in the input pulse. An important aspect is based on the development of an optical scheme which is capable of providing adequate control over the coupling of light at the input of the PCF and prevents the damage to the fibers used in this work. As it is known, the pulses generated by the laser Q-SWITCH Nd:YAG are very intense and can damage the PCF used, for this reason, the development of optical scheme was essential to obtain the spectra of supercontinuum generated in each of the PCF (spectra that have with a spectral width of ~ 705 nm and ~ 1100 nm). Finally, this paper describes the possible potential applications that can be implemented with the type of spectrum generated in each fiber.

Medición de temperatura usando un VCO integrado en silicio

La frecuencia de oscilación f0 de un VCO current-starved es usada para sensar temperatura en el rango de 20 a 99°C. Debido a que la frecuencia f0 es directamente proporcional a la corriente de cortocircuito de la celda básica de construcción (compuerta NOT), y considerando que esta corriente, I SHORT, es directamente proporcional a la movilidad de portadores, es posible explicar como es que f0 varía con cambios en la temperatura, T. El diseño del oscilador, manufacturado en una tecnología CMOS, pozo N, 0.5 μm, 5V, permite su integración con circuitos digitales de acondicionamiento cuyo principio básico de operación es la medición de la frecuencia en intervalos de 53 ms; esta ventana de tiempo es resultado del ajuste lineal (con un coeficiente de correlación r=0.996) aplicado a la característica f0 vs. T.

The oscillation frequency f0 of a VCO current-starved has been used for sensing temperature ranging from 20 to 99°C. Since f0 is directly proportional to the short-circuit current of the basic cell delay (NOT gate), and taking into account that this current, I SHORT, is directly proportional to the carrier mobility, it is possible to explain how f0 changes as temperature, T, changes too. This oscillator that was manufactured in a CMOS standard process, N-well, 0.5 μm, 5 V, facilitates the integration of circuitry conditioning, which means the feasibility of integrating the whole sensor system in a chip. Digital circuit measures the frequency f0 each 53 ms because the measure step is deduced from the linear fitting applied to the f0 vs. T characteristic.

Single-electron Faraday generator in a rotating electric field

Recently, it was shown in Ref. 1 that single-electron tunneling (SET) oscillations were possible by rotating a conducting rod with a small tunnel juntion immerse in a uniform magnetic field perpendicular to the plane of motion. The purpose of this letter is to show that SET oscillations can be enhanced by applying a rotating electric field in resonance with the rotational motion of the conducting rod.

En este trabajo se propone utilizar un campo eléctrico rotante en resonancia con la rotación de una varilla conductora con una junta túnel inmersa en un campo magnético homogéneo perpendicular al plano de rotación. Se demuestra que el efecto del campo eléctrico rotante es capaz de mejorar el transporte electrónico de carga.