Geometric rectification for nanoscale vibrational energy harvesting

In this work, we present a mechanism that, based on quantum-mechanical principles, allows one to recover kinetic energy at the nanoscale. Our premise is that very small mechanical excitations, such as those arising from sound waves propagating through a nanoscale system or similar phenomena, can be quite generally converted into useful electrical work by applying the same principles behind conventional adiabatic quantum pumping. The proposal is potentially useful for nanoscale vibrational energy harvesting where it can have several advantages. The most important one is that it avoids the use of classical rectification mechanisms as it is based on what we call geometric rectification. We show that this geometric rectification results from applying appropriate but quite general initial conditions to damped harmonic systems coupled to electronic reservoirs. We analyze an analytically solvable example consisting of a wire suspended over permanent charges where we find the condition for maximizing the pumped charge. We also studied the effects of coupling the system to a capacitor including the effect of current-induced forces and analyzing the steady-state voltage of operation. Finally, we show how quantum effects can be used to boost the performance of the proposed device.Fil: Bustos Marun, Raul Alberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Física Enrique Gaviola. Universidad Nacional de Córdoba. Instituto de Física Enrique Gaviola; Argentin

Thermodynamics and Steady State of Quantum Motors and Pumps Far from Equilibrium

In this article, we briefly review the dynamical and thermodynamical aspects of different forms of quantum motors and quantum pumps. We then extend previous results to provide new theoretical tools for a systematic study of those phenomena at far-from-equilibrium conditions. We mainly focus on two key topics: (1) The steady-state regime of quantum motors and pumps, paying particular attention to the role of higher order terms in the nonadiabatic expansion of the current-induced forces. (2) The thermodynamical properties of such systems, emphasizing systematic ways of studying the relationship between different energy fluxes (charge and heat currents and mechanical power) passing through the system when beyond-first-order expansions are required. We derive a general order-by-order scheme based on energy conservation to rationalize how every order of the expansion of one form of energy flux is connected with the others. We use this approach to give a physical interpretation of the leading terms of the expansion. Finally, we illustrate the above-discussed topics in a double quantum dot within the Coulomb-blockade regime and capacitively coupled to a mechanical rotor. We find many exciting features of this system for arbitrary nonequilibrium conditions: a definite parity of the expansion coefficients with respect to the voltage or temperature biases; negative friction coefficients; and the fact that, under fixed parameters, the device can exhibit multiple steady states where it may operate as a quantum motor or as a quantum pump, depending on the initial conditions.Fil: Bustos Marun, Raul Alberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Física Enrique Gaviola. Universidad Nacional de Córdoba. Instituto de Física Enrique Gaviola; Argentina. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Matemática, Astronomía y Física; ArgentinaFil: Calvo, Hernan Laureano. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Física Enrique Gaviola. Universidad Nacional de Córdoba. Instituto de Física Enrique Gaviola; Argentina. Universidad Nacional de Río Cuarto; Argentin

Diatom record of the last 1400 years in Laguna Pululos Jujuy, Argentina

En este trabajo se presenta información paleoambiental de alta resolución cronológica (multi-decadal) de los últimos 1400 años para el sector noroeste de la Puna seca de la provincia de Jujuy (Argentina). Esta información fue obtenida a partir del análisis de la composición de los ensambles de diatomeas recuperados de un testigo del fondo de la Laguna Pululos (22º32’43’’ S; 66º48’25’’ O), un cuerpo de agua somero localizado a 4557 m.s.n.m. Se describen y discuten los resultados de este análisis y las tendencias paleoambientales observadas en relación a las características y cronologías de la anomalía climática medieval (ACM) y de la pequeña edad de hielo (PEH). Entre los años 800 y 1500 DC se habrían instalado marcadas condiciones de aridez, seguidas por lapsos más húmedos que se prolongaron hasta fines del siglo XIX. Se destacan dos períodos: entre 800 y 600 DC (la fase más húmeda de los últimos 1400 años) y entre 1366 y 1463 DC (especialmente árido). Si bien la Laguna Pululos habría atravesado etapas con características asimilables a las del ACM y a las de la PEH, diferiría con el hemisferio norte en cuanto a su cronología, presentando una duración mayor de las condiciones de aridez de la ACM respecto a otros sitios estudiados en los Andes.This paper presents high-resolution (multi-decadal) paleoenvironmental data of the last 1400 years in the northwestern sector of the dry Puna, Jujuy Province (Argentina). This information results from the analysis of the diatom assemblies recovered from sediment core samples collected at Laguna Pululos (22º32’43’’ S; 66º48’25’’ W), a shallow lake located at 4557 m.a.s.l. In this work we present and discuss the main results regarding the species composition of the diatom assemblages, and the observed paleoenvironmental trends related to the main characteristics and chronology of the medieval climatic anomaly (MCA) and little ice age (LIA). The results of the study indicate the onset of very arid conditions between ~800 and 1500 AD, and a sharp change to moister conditions from the latter period until the end of the XIX century. Noteworthy, two periods could be recognized, one between 600 and 800 AD (the moistest phase of the last 1400 years), and between 1366 and 1463 AD (a particularly arid phase). These periods recorded in Laguna Pululos apparently shared characteristics with the MCA and LIA, although, showing differences with chronologies found in the North Hemisphere, with an extended span of the arid conditions during the MCA in comparison with other paleoenvironmental records of the Andes.Fil: Morales, Marcelo Raul. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Biodiversidad y Biología Experimental y Aplicada. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Biodiversidad y Biología Experimental y Aplicada; ArgentinaFil: Bustos, Sabrina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Cs.exactas y Naturales. Departamento de Biodiversidad y Biología Experimental. Laboratorio de Diatomeas Continentales; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Maidana, Nora Irene. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Biodiversidad y Biología Experimental y Aplicada. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Biodiversidad y Biología Experimental y Aplicada; Argentin

Lasing Conditions of Transverse Electromagnetic Modes in Metallic-Coated Micro- and Nanotubes

In this work, we study the lasing conditions of the transverse electric (TE) modes of micro- and nanotubes coated internally with a thin metallic layer. This geometry may tackle some of the problems of nanolasers and spasers as it allows the recycling of the active medium while providing a tunable plasmonic cavity. The system presents two types of TE modes: cavity modes (CMs) and whispering-gallery modes (WGMs). On the one hand, we show that the lasing of WGM is only possible in nanoscale tubes. On the other hand, for tubes of some micrometers of diameter, we found that the system presents a large number of CMs with lasing frequencies within the visible and near-infrared spectrum and very low gain thresholds. Moreover, the lasing frequencies of CMs can be accurately described by a simple one-parameter model. Our results may be useful in the design of micro- and nanolasers for "lab-on-chip" devices, ultradense data storage, nanolithography, or sensing.Fil: Passarelli, Nicolás. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Física Enrique Gaviola. Universidad Nacional de Córdoba. Instituto de Física Enrique Gaviola; ArgentinaFil: Bustos Marun, Raul Alberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Física Enrique Gaviola. Universidad Nacional de Córdoba. Instituto de Física Enrique Gaviola; ArgentinaFil: Depine, Ricardo Angel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Física de Buenos Aires. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Física de Buenos Aires; Argentin

Nonequilibrium current-induced forces caused by quantum localization: Anderson adiabatic quantum motors

In recent years, there has been an increasing interest in nanomachines. Among them, current-driven ones deserve special attention as quantum effects can play a significant role there. Examples of the latter are the so-called adiabatic quantum motors. In this paper, we propose using Anderson's localization to induce nonequilibrium forces in adiabatic quantum motors. We study the nonequilibrium current-induced forces and the maximum efficiency of these nanomotors in terms of their respective probability distribution functions. Expressions for these distribution functions are obtained in two characteristic regimes: the steady-state and the short-time regimes. Even though both regimes have distinctive expressions for their efficiencies, we find that, under certain conditions, the probability distribution functions of their maximum efficiency are approximately the same. Finally, we provide a simple relation to estimate the minimal disorder strength that should ensure efficient nanomotors.Fil: Fernández, Lucas Jonatan. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Física Enrique Gaviola. Universidad Nacional de Córdoba. Instituto de Física Enrique Gaviola; Argentina. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Matemática, Astronomía y Física; ArgentinaFil: Pastawski, Horacio Miguel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Física Enrique Gaviola. Universidad Nacional de Córdoba. Instituto de Física Enrique Gaviola; Argentina. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Matemática, Astronomía y Física; ArgentinaFil: Bustos Marun, Raul Alberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Física Enrique Gaviola. Universidad Nacional de Córdoba. Instituto de Física Enrique Gaviola; Argentina. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Matemática, Astronomía y Física; Argentina. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas; Argentin

Role of coherence in quantum-dot-based nanomachines within the Coulomb blockade regime

During the last decades, quantum dots within the Coulomb blockade regime of transport have been proposed as essential building blocks for a wide variety of nanomachines. This includes thermoelectric devices, quantum shuttles, quantum pumps, and even quantum motors. However, in this regime, the role of quantum mechanics is commonly limited to provide energy quantization while the working principle of the devices is ultimately the same as their classic counterparts. Here, we study quantum-dot-based nanomachines in the Coulomb blockade regime, but in a configuration where the coherent superpositions of the dots' states plays a crucial role. We show that the studied system can be used as the basis for different forms of "true"quantum machines that should only work in the presence of these coherent superpositions. We analyze the efficiency of these machines against different nonequilibrium sources (bias voltage, temperature gradient, and external driving) and the factors that limit it, including decoherence and the role of the different orders appearing in the adiabatic expansion of the charge/heat currents.Fil: Ribetto, Federico Daniel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Física Enrique Gaviola. Universidad Nacional de Córdoba. Instituto de Física Enrique Gaviola; Argentina. Universidad Nacional de Rio Cuarto. Facultad de Cs.exactas Fisicoquímicas y Naturales. Departamento de Física; ArgentinaFil: Bustos Marun, Raul Alberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Física Enrique Gaviola. Universidad Nacional de Córdoba. Instituto de Física Enrique Gaviola; Argentina. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas; ArgentinaFil: Calvo, Hernan Laureano. Universidad Nacional de Rio Cuarto. Facultad de Cs.exactas Fisicoquímicas y Naturales. Departamento de Física; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Física Enrique Gaviola. Universidad Nacional de Córdoba. Instituto de Física Enrique Gaviola; Argentin

Tipburn in salt-affected lettuce (Lactuca sativa L.) plants results from local oxidative stress

Tipburn in lettuce is a physiological disorder expressed as a necrosis in the margins of young developing leaves and is commonly observed under saline conditions. Tipburn is usually attributed to Ca 2+ deficiencies, and there has very limited research on other mechanisms that may contribute to tipburn development. This work examines whether symptoms are mediated by increased reactive oxygen species (ROS) production.Two butter lettuce (Lactuca sativa L.) varieties, Sunstar (Su) and Pontina (Po), with contrasting tipburn susceptibility were grown in hydroponics with low Ca 2+ (0.5mM), and with or without 50mM NaCl. Tipburn symptoms were observed only in Su, and only in the saline treatment. Tipburn incidence in response to topical treatments with Ca 2+ scavengers, Ca 2+ transport inhibitors, and antioxidants was assessed. All treatments were applied before symptom expression, and evaluated later, when symptoms were expected to occur. Superoxide presence in tissues was determined with nitro blue tetrazolium (NBT) and oxidative damage as malondialdehyde (MDA) content. Superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT) and ascorbate peroxidase (APX) activities were assayed.Under control and saline conditions, tipburn could be induced in both varieties by topical treatments with a Ca 2+ scavenger (EGTA) and Ca 2+ transport inhibitors (verapamil, LaCl 3) and reduced by supplying Ca 2+ along with a ionophore (A 23187). Tipburn symptoms were associated with locally produced ROS. O 2 - and oxidative damage significantly increased in leaf margins before symptom expression, while topical antioxidant applications (Tiron, DPI) reduced symptoms in treated leaves, but not in the rest of the plant. Antioxidant enzyme activity was higher in Po, and increased more in response to EGTA treatments, and may contribute to mitigating oxidative damage and tipburn expression in this variety.Fil: Carassay, Luciano Raul. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de La Pampa; ArgentinaFil: Bustos, Dolores Angela. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro de Investigación en Ciencias Veterinarias y Agronómicas. Instituto de Fitopatología y Fisiología Vegetal; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Golberg, Alberto Daniel. Universidad Nacional de La Pampa; ArgentinaFil: Taleisnik, Edith. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro de Investigación en Ciencias Veterinarias y Agronómicas. Instituto de Fitopatología y Fisiología Vegetal; Argentin

Ruptura dinámica de balance detallado debido a fuerzas inducidas por corriente

En este trabajo analizamos los efectos dinámicos de las fuerzas inducidas por corriente en un punto cuántico acoplado a un modo vibracional longitudinal. Para ello, modelamos la configuración de transporte a través de una cadena unidimensional tight-binding con condiciones de borde absorbentes y calculamos la evolución de ondas planas inyectadas en las proximidades del punto cuántico. El punto cuántico puede moverse en la dirección de la corriente, y su acoplamiento con los contactos depende de su posición. El mismo, además, está sujeto a fuerzas inducidas por corriente y a fuerzas armónicas clásicas. Calculamos la dinámica completa dependiente del tiempo para todo el sistema, empleando una combinación de la fórmula Trotter-Suzuki para los electrones y el método Runge-Kutta para la posición del punto cuántico. Este cálculo exacto se comparó con las soluciones de estado estacionario obtenido por 1) el formalismo de funciones de Green de noequilibrio en el regimen adiabático y 2) la aproximación estacionaria de la ecuación de Schrödinger. Encontramos que todas las soluciones convergen bajo condiciones apropiadas de adiabaticidad, estableciendo las bases para el análisis de efectos no adiabáticos para fuerzas inducidas por corriente en este tipo de sistemas. Posteriormente, encontramos condiciones de parámetros donde el punto cuántico se mueve hacia una nueva posición de equilibrio debido al paso de la corriente a través del sistema. Debido a que esta nueva posición depende fuertemente de la dirección de la corriente, el dispositivo muestra una ruptura de balance detallado generando una asimetrı́a en la conductancia efectiva.Fil: Mehring, Erika Liset. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Física Enrique Gaviola. Universidad Nacional de Córdoba. Instituto de Física Enrique Gaviola; ArgentinaFil: Bustos Marun, Raul Alberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Física Enrique Gaviola. Universidad Nacional de Córdoba. Instituto de Física Enrique Gaviola; Argentina. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas; ArgentinaFil: Calvo, Hernan Laureano. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Física Enrique Gaviola. Universidad Nacional de Córdoba. Instituto de Física Enrique Gaviola; ArgentinaTercera Escuela y Taller Argentino de CuánticaLa PlataArgentinaInstituto de Física La Plat

Multi-banded pumice in the Campo de la Piedra Pómez rhyolitic ignimbrite (Southern Puna plateau): Pre-eruptive physical and chemical interactions between mafic and rhyolitic melts

The rhyolitic Campo de la Piedra Pómez ignimbrite crops out in the Southern Puna of NW Argentina and it isrelated to the youngest caldera-complex (Cerro Blanco caldera complex) of the Central Andes (73 - 4 kyr). Thepresence of rhyolitic pumice and mafic enclaves with different compositional and textural features, whichvariability can be observed within a single juvenile clast (multiple-banded pumice), characterized these deposits.The enclaves are associated with hybrid (trachydacitic) pumice and sporadic remnants of rhyolitic materialincluded in the trachydacite. To unravel the possible role of the mafic recharge as eruption trigger, the occurrenceof mixing events and the mechanisms of enclave formation, we studied the enclaves and silicic pumicematerial (petrography, whole rock analyses, mineral and glass chemistry) to decipher the magmatic interactionbetween the host rhyolitic melt and the enclave-forming magmas. Results allowed recognizing two main maficrecharge events. During the first episode, the mixing of the rhyolite with the injecting magma generated sporadicdacitic products. Mixing was favored by the relatively high temperature of both the injecting magma and therhyolitic melt, as revealed by clinopyroxene-liquid, plagioclase-liquid and two-pyroxene geothermometers(≥875 °C). The second mafic recharge event involved magma that remained confined at the bottom of thereservoir and crystallized with differential cooling rates. At the interface with the silicic host, the magmagenerated sub-millimetric mineral assemblage in which amphibole has normally zoned rims. Differently, withinthe body of the mafic intrusion, crystallization proceeded with a lower undercooling degree, generating a coarsercrystalline assemblage in which amphibole crystals do not display zoning. The convergence of different thermobarometricmodels (applied to the rhyolite, trachydacite, and enclaves) suggests that these magmas interactedat a crustal depth of ca. 2.7 Kbar, here interpreted as the base of the Campo de la Piedra Pómez rhyoliticreservoir (~10 Km b.s.l.). A time lapse occurred between the last mafic recharge and the eruptive events, wherethe felsic magma cooled down to ~800 °C and the amphibole re-equilibration took place.Fil: Bardelli, Lorenzo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Salta. Instituto de Bio y Geociencias del NOA. Universidad Nacional de Salta. Facultad de Ciencias Naturales. Museo de Ciencias Naturales. Instituto de Bio y Geociencias del NOA; ArgentinaFil: Arnosio, José Marcelo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Salta. Instituto de Bio y Geociencias del NOA. Universidad Nacional de Salta. Facultad de Ciencias Naturales. Museo de Ciencias Naturales. Instituto de Bio y Geociencias del NOA; ArgentinaFil: Baez, Walter Ariel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Salta. Instituto de Bio y Geociencias del NOA. Universidad Nacional de Salta. Facultad de Ciencias Naturales. Museo de Ciencias Naturales. Instituto de Bio y Geociencias del NOA; ArgentinaFil: Suzaño, Nestor Omar. Universidad Nacional de Jujuy; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Becchio, Raul Alberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Salta. Instituto de Bio y Geociencias del NOA. Universidad Nacional de Salta. Facultad de Ciencias Naturales. Museo de Ciencias Naturales. Instituto de Bio y Geociencias del NOA; ArgentinaFil: Viramonte, Jose German. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Salta. Instituto de Bio y Geociencias del NOA. Universidad Nacional de Salta. Facultad de Ciencias Naturales. Museo de Ciencias Naturales. Instituto de Bio y Geociencias del NOA; ArgentinaFil: Bustos, Emilce. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Salta. Instituto de Bio y Geociencias del NOA. Universidad Nacional de Salta. Facultad de Ciencias Naturales. Museo de Ciencias Naturales. Instituto de Bio y Geociencias del NOA; ArgentinaFil: Bertea, Esteban Santiago. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Salta. Instituto de Bio y Geociencias del NOA. Universidad Nacional de Salta. Facultad de Ciencias Naturales. Museo de Ciencias Naturales. Instituto de Bio y Geociencias del NOA; Argentin