Structuring high-order harmonic generation with the angular momentum of light

Tesis por compendio de publicaciones[ES] Los pulsos láser ultracortos son una herramienta única para explorar las dinámicas más rápidas de la materia. Sorprendentemente, los pulsos de láser más cortos obtenidos hasta la fecha se producen a partir del fenómeno no lineal de conversión de frecuencias de generación de armónicos de orden alto (HHG), que resulta en la emisión de pulsos con duraciones de attosegundo. Es importante destacar que estos pulsos de attosegundo pueden exhibir una propiedad muy interesante, el momento angular, que presenta dos formas diferentes, el momento angular de espín (SAM) y el momento angular orbital (OAM), y que abre nuevos escenarios para las interacciones luz-materia a escalas espaciales nanométricas y temporales ultracortas. En esta tesis desarrollamos un conjunto de esquemas para la crea- ción de armónicos de orden alto y pulsos de attosegundo con nuevas propiedades de momento angular mediante la estructuración del pro- ceso de HHG a través de las características de los haces incidentes. Para ese propósito, primero abordamos la descripción de los mecanismos físicos fundamentales de la HHG. En particular, estudiamos la ioniza- ción túnel en moléculas, descubriendo que depende de la ubicación del electrón dentro de la molécula, debido a la naturaleza extendida de estas. Esta característica deja huellas importantes en los espectros de HHG y de fotoelectrones. Por lo tanto, hemos desarrollado una receta para implementar este fenómeno en los modelos de campos intensos existentes. A continuación, predecimos y describimos teóricamente la gene- ración de haces láser en el ultravioleta extremo (XUV) con nuevas propiedades de momento angular que, en la mayoría de los casos, son también creadas y caracterizadas experimentalmente por nuestros colaboradores del grupo Kapteyn-Murnane en JILA, en la Universidad de Colorado (EE. UU.), y del grupo del Prof. M.-Ch. Chen del Instituto de Tecnologías Fotónicas de la Universidad Tsing Hua (Taiwán). Para empezar, demostramos la generación, por primera vez, de haces de luz con OAM variable en el tiempo, una propiedad que denominamos como el auto-torque de la luz. Es importante destacar que los haces con auto-torque surgen naturalmente en el régimen XUV cuando el campo incidente para la HHG está formado por dos vórtices infrarro- jos retardados en el tiempo. Bajo esta configuración, el OAM de los armónicos de orden alto cambia a lo largo del tiempo en una escala de tiempo de attosegundos, siendo la cantidad de auto-torque controlada a través de las propiedades temporales de los pulsos incidentes. Por lo tanto, creemos que los haces con auto-torque pueden servir como nuevas herramientas para la manipulación láser-materia. Además, mostramos cómo el OAM puede servir como instrumento para mani- pular las propiedades espectrales y de divergencia de los armónicos de orden alto. Empleando dos vórtices con el contenido adecuado de OAM como pulsos incidentes, obtenemos peines de frecuencias de armónicos de orden alto con un espaciado entre líneas espectrales sintonizable y baja divergencia. Este control es particularmente intere- sante para espectroscopía y formación de imagen en el XUV o incluso en los rayos X blandos. Además, presentamos varios esquemas para el control de la eliptici- dad de los pulsos de attosegundo y de los armónicos de orden alto. Utilizando la configuración no colineal contrarrotante, extraemos el escalado de la elipticidad de los armónicos de orden alto con la de los haces incidentes y desvelamos la información sobre la respuesta dipolar oculta en esa conexión. Además, mostramos la generación de vórtices polarizados circularmente a partir de la HHG usando un campo incidente bi-circular vorticial. Destacablemente, al seleccionar correctamente el OAM del campo incidente, podemos obtener, o bien pulsos de attosegundo polarizados circularmente, o bien armónicos de orden alto con baja carga topológica. Por último, demostramos teóricamente la generación de trenes de pulsos de attosegundo con estados de polarización ordenados temporalmente mediante la combi- nación de dos campos incidentes bi-circulares vorticiales retardados en el tiempo. Creemos que la generación de pulsos de attosegundo con elipticidad controlada se puede emplear para el estudio de la dinámica ultrarrápida de SAM en moléculas quirales o materiales magnéticos. [EN] Ultrashort laser pulses are a unique tool to explore the fastest dy- namics in matter. Remarkably, the shortest laser pulses to date are produced from the non-linear frequency upconversion phenomenon of high-order harmonic generation (HHG), which results in the emis- sion of pulses of attosecond durations. Importantly, such attosecond pulses can exhibit a very exciting property, the angular momentum, which presents two different forms, the spin angular momentum (SAM) and the orbital angular momentum (OAM), and that brings new sce- narios for the light-matter interactions at the nanometric spatial and ultrashort temporal scales. In this thesis work, we develop a compilation of schemes for the creation of high-order harmonics and attosecond pulses with novel angular momentum properties by structuring the HHG process through the characteristics of the driving beams. For that purpose, we first address the description of the fundamental physical mechanisms of HHG. In particular, we study the tunnel ionization in molecules, finding that it is site-specific—its rate depends on the position of the electronic wavefunction at the ion sites—, due to the extended nature of the molecules. This characteristic leaves important signatures in the HHG and photoelectron spectra. Therefore, we provide a recipe for implementing the site-specificity in the existing strong-field models. Afterwards, we theoretically predict and describe the creation of extreme-ultraviolet (XUV) beams with novel angular momentum prop- erties, which, in most of the cases, are experimentally generated and characterized by our collaborators from the Kapteyn-Murnane group in JILA, at the University of Colorado (USA) and from the group of Prof. M.-Ch. Chen at the Institute of Photonics Technologies of the Tsing Hua University (Taiwan). To begin with, we demonstrate the generation, for the first time, of light beams with time-varying OAM, a property which we denote as the self-torque of light. Importantly, self- torqued beams arise naturally in the XUV regime from HHG driven by two time-delayed infrared vortex beams. Under this configuration, the OAM of the high-order harmonics changes along time in the attosec- ond time-scale, being the amount of self-torque controlled through the temporal properties of the driving pulses. Thus, we believe that self-torqued beams can serve as unprecedented tools for laser-matter manipulation. In addition, we show how the OAM can serve as an instrument to manipulate the spectral and divergence properties of the high-order harmonics. By driving HHG with two vortex beams with properly selected OAM, we obtain high-order harmonic frequency combs with tunable line-spacing and low divergence. Such control is particularly interesting for XUV/soft-X-ray spectroscopy and imaging. Moreover, we present several schemes for the ellipticity control of the high-order harmonics and attosecond pulses. Using the non-collinear counter-rotating scheme, we extract the scaling of the ellipticity of the high-order harmonics with that of the driving beams’ and we unveil the information about the non-perturbative dipole response hidden in that connection. Also, we show the generation of circularly polarized vortex beams from HHG driven by a bi-circular vortex field. Interest- ingly, by properly selecting the OAM of the driving field we can obtain either circularly polarized attosecond pulses, or high-order harmonics with low topological charge. Finally, we theoretically demonstrate the generation of attosecond pulse trains with time-ordered polarization states by combining two time-delayed bi-circular vortex driving fields. We believe that the generation of attosecond pulses with controlled ellipticity can be employed for the study of ultrafast spin dynamics in chiral molecules or magnetic materials

3D printing of solid oxide fuel cell

Nowadays, 3D printing is booming as a processing technique, thanks to its versatility in the manufacture of complex geometries and with a quality finish, which cannot be obtained using traditional techniques and can reduce the costs of table-processing (such as, for example, surface finishing, etc.). With this technology, the aim is to bring science and society closer together, with the ultimate goal of developing new devices that are much more efficient than the current ones in order to produce clean energy. Specifically, in the field of energy and in particular in 3D printing of solid oxide fuel cells, since the fuel used is derived from hydrogen in contact with air to produce energy and water vapour. Therefore, this technology avoids the generation of greenhouse gases, such as CO2. The purpose of this final Bachelor’s project (TFG) is the combination of these two fields, focusing on the electrolyte printing of solid oxide fuel cells, with the main objective of obtaining the final material with microstructural and mechanical properties similar to those obtained by traditional techniques. Nevertheless, through this Bachelor’s project, a new research field will be implemented within the CIEFMA group (Centre for Structural Integrity and Reliability of Materials) of the Department of Materials Science and Metallurgic Engineering UPC's , with the future long term purpose of getting all the parts of the battery printed; electrolyte, cathode and anode. To carry out this study, two geometries have been chosen, tubular and hexagonal, where the proportions of the printing material, processing conditions, etc. have been modified in order to achieve materials with a relative density higher than 99% and mechanical properties similar to the theoretical values of the materials used, by means of technical characterization advances (for example: electron microscopy, nanoindentació, etc.). Subsequently, the cathode was deposited by dip-coating and adhesion was studied by means of nanometric scale scratch-out tests. A density greater than 99% has been obtained with a hardness and modulus of elasticity of the printed material comparable to the theoretical value obtained by conventional forming techniques. The cathode also has good adhesion to the electrolyte, since no cracks or other mechanisms of damage to the interface can be observed through the optical microscop

Gesture and vamping. Flávio de Carvalho’s Experiencia N°2

El presente artículo se detiene en el registro de la llamada "experiencia n°2" del ingeniero, arquitecto y artista plástico brasileño Flávio de Carvalho. Esta experiencia relata y analiza la reacción violenta de las masas católicas en una procesión del Corpus Christi, en junio de 1931 y en la ciudad de San Pablo, frente a la negativa del autor a quitarse su sombrero verde de la cabeza como signo de respeto por el acto religioso. Así, en su ensayo, Carvalho da cuenta, a través de los postulados de la teoría freudiana y de la antropología de Frazer, tanto de las ataduras del sujeto en estado de multitud, como de la posibilidad de una subjetividad libre de las normativas rígidas que impone el catolicismo y la Nación como religión secularizada.This paper stops at the registration of the engineer, architect and Brazilian artist Flávio de Carvalho “Experiência n°2”. This experience tells and analyzes the backlash from the Catholic masses in a procession of Corpus Christi in June 1931 in the city of San Pablo, against the author's refusal to take his green hat head as a sign of respect for the religious ceremony. Thus, in his essay, Carvalho realizes through the ideas of Freudian theory and anthropology of Frazer, so from the shackles of the subject in a state of crowd, as the possibility of a free subjectivity of rigid regulations imposed Catholicism and the Nation as secularized religion.Fil: Cabezas Baamonde, Laura María Soledad. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Filosofía y Letras; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentin

El despertar metafísico de Leopoldo Marechal, o su Descenso y ascenso del alma por la belleza

Tratado filosófico, estético y místico, Descenso y ascenso del alma por la belleza fue elaborado por Leopoldo Marechal a lo largo de treinta años. Aparece inicialmente en 1933 a través de dos artículos en el diario La Nación y la revista Sur, pero también puede ser rastreadas las glosas que asoman en algunos poemas y novelas, hasta su edición definitiva en 1965. Dentro de la tradición estética y filosófica argentina, el texto marechaliano ocupa un lugar de relevancia tanto por su nivel de erudición (las lecturas de Platón, Plotino, Santo Tomás, San Agustín, entre otros), como por su interés por pensar una alternativa al realismo de Boedo y al vanguardismo martinfierrista. "Manifiesto antivanguardista", como lo tituló María Teresa Gramuglio, el texto de Marechal produce un desajuste en su tiempo porque el montaje heterogéneo de tiempos y el anacronismo que signa su escritura, estaba necesariamente dirigido hacia a otra época.Fil: Cabezas Baamonde, Laura María Soledad. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentin

Primacía de lo espiritual. Arte e imágenes en la primera etapa de Criterio

La primera etapa (1928-1929) de la revista católica Criterio, presenta la convivencia - no exenta de conflicto- entre un pensamiento católico conservador y más tradicional y otro de tinte renovador, vinculado a escritores y artistas modernos. En relación con las reflexiones sobre arte contemporáneo y las imágenes que se ponen en circulación en sus páginas, se presenta una mirada modernizadora que se debate entre dos grandes corrientes: por un lado, la opción más esteticista vinculada con la vanguardia martinfierrista; por el otro, la preocupación por un arte popular y social. Entre ambas, se definen los límites y las posibilidades de una modernidad espiritual bajo el régimen católico.The first period of the Catholic magazine Criterio, between 1928 and 1929, presents a coexistence not devoid of conflict between a more traditional and conservative Catholic thought and a renovation in ideas linked to modern writers and artists. In relation to the reflections on contemporary art and the images that are circulated in its pages, a modernizing look arises, struggling between two strong movements: on the one hand, the more aestheticist option linked to the martinfierrismo vanguard; on the other, the concern for a popular and social art. Between them, the limits and possibilities for a spiritual modernity under the Catholic regime are defined.Facultad de Humanidades y Ciencias de la Educació

Catolicismo y comunismo: una alianza posible en los años treinta bajo la mirada de Murilo Mendes y Jacques Maritain

El presente artículo indaga en la conformación en los años treinta de un imaginario que proponía tanto que el origen del marxismo era estrictamente cristiano como la posibilidad de que el catolicismo “reabsorbiera” los “logros” de la izquierda en la historia. Desde esta operación que expropiaba a los comunistas del “comunismo” se proyectó una suerte de catolicismo comunista, o comunismo católico. Nos concentraremos en las columnas políticas de Murilo Mendes, exponente de la vanguardia brasileña y del viaje a Buenos Aires que realiza en 1936 el filósofo francés Jacques Maritain gracias a la gestión de Victoria Ocampo, directora de la revista Sur. Los postulados de Maritain y los debates en los que se ve envuelto dialogan con la prosa satírica de Murilo, y entre ambas intervenciones se esbozan los límites y alcances de un catolicismo de izquierda que sienta las bases de la primacía de lo humano

La espiritualización de la vanguardia, o el diseño de una modernidad católica entre París y Buenos Aires

Based on the travel notes that Francisco Luis Bernárdez sends to Martín Fierro magazine from Paris at the end of the 1920s, it is possible to delineate the configuration of a Catholic modernity as a transnational phenomenon, that involves conversions and religious interests of those who defended and still defend the modern experiments of the first half of the twentieth century. Considering the hurry to order the present perceived in crisis, Catholic thought bets on the integral Christianization of society, considering the modern heritage of literature and art through a formal and anti-representative connection.A partir de las notas de viaje que Francisco Luis Bernárdez envía desde París a la revista Martín Fierro, a fines de los años veinte, es posible delinear los contornos de una modernidad católica como fenómeno trasnacional, que involucra conversiones e intereses religiosos de quienes defendieron y siguen defendiendo los experimentos modernos de la primera mitad del siglo XX. Mediante la necesidad de ordenar un presente percibido en crisis, el pensamiento católico apuesta a la cristianización integral de la sociedad y, al hacerlo, no olvida la herencia moderna de la literatura y el arte con la que se traba un nexo formal y antirrepresentativo.

Primacía de lo espiritual. Arte e imágenes en la primera etapa de Criterio

La primera etapa (1928-1929) de la revista católica Criterio, presenta la convivencia - no exenta de conflicto- entre un pensamiento católico conservador y más tradicional y otro de tinte renovador, vinculado a escritores y artistas modernos. En relación con las reflexiones sobre arte contemporáneo y las imágenes que se ponen en circulación en sus páginas, se presenta una mirada modernizadora que se debate entre dos grandes corrientes: por un lado, la opción más esteticista vinculada con la vanguardia martinfierrista; por el otro, la preocupación por un arte popular y social. Entre ambas, se definen los límites y las posibilidades de una modernidad espiritual bajo el régimen católico.The first period of the Catholic magazine Criterio, between 1928 and 1929, presents a coexistence not devoid of conflict between a more traditional and conservative Catholic thought and a renovation in ideas linked to modern writers and artists. In relation to the reflections on contemporary art and the images that are circulated in its pages, a modernizing look arises, struggling between two strong movements: on the one hand, the more aestheticist option linked to the martinfierrismo vanguard; on the other, the concern for a popular and social art. Between them, the limits and possibilities for a spiritual modernity under the Catholic regime are defined.Facultad de Humanidades y Ciencias de la Educació

Catolicismo y comunismo: una alianza posible en los años treinta bajo la mirada de Murilo Mendes y Jacques Maritain

This article investigates the formulation in the thirties of an imaginary that proposed both that the origin of Marxism was strictly Christian and the possibility that Catholicism “reabsorbed” the “Achievements” of the left in history. From this operation that expropriated the communists from “communism” a kind of communist Catholicism, or Catholic communism, was projected. We will focus on the political columns of Murilo Mendes, an exponent of the Brazilian avant-garde and the trip to Buenos Aires made in 1936 by the French philosopher Jacques Maritain thanks to the management of Victoria Ocampo, director of Sur magazine. Maritain’s postulates and the debates in which he is involved dialogue with Murilo’s satirical prose, and between both interventions the limits and scope of a left-wing Catholicism that lays the foundations for the primacy of the human are outlined.El presente artículo indaga en la conformación en los años treinta de un imaginario que proponía tanto que el origen del marxismo era estrictamente cristiano como la posibilidad de que el catolicismo “reabsorbiera” los “logros” de la izquierda en la historia. Desde esta operación que expropiaba a los comunistas del “comunismo” se proyectó una suerte de catolicismo comunista, o comunismo católico. Nos concentraremos en las columnas políticas de Murilo Mendes, exponente de la vanguardia brasileña y del viaje a Buenos Aires que realiza en 1936 el filósofo francés Jacques Maritain gracias a la gestión de Victoria Ocampo, directora de la revista Sur. Los postulados de Maritain y los debates en los que se ve envuelto dialogan con la prosa satírica de Murilo, y entre ambas intervenciones se esbozan los límites y alcances de un catolicismo de izquierda que sienta las bases de la primacía de lo humano