Caracterización de guías de onda ópticas generadas con láser de femtosegundos en niobato de litio

En esta tesis se estudian algunos aspectos de la interacción de láser de femto-segundos con cristales de niobato de litio aplicada a la fabricación de guías de onda. Se analizan los campos de deformaciones residuales de la interacción que permiten generar estas guías de onda. Los principales métodos experimentales de caracterización utilizados en este análisis son: mapeos espectroscópicos μ-Raman y medidas de campo cercano de modos guiados. Las medidas experimentales se ajustaron y/ó compararon con resultados de un modelo numérico que representa una expansión arbitraria de una elipse en el seno de un material elástico. A partir de este proceso, fue posible encontrar interesantes resultados relacionados con las características de la expansión producida por la interacción. El modelo numérico utilizado se generó en entorno MATLAB y resuelve tanto el problema elástico bidimensional para una expansión arbitraria, como así también, los modos guiados originados por su deformación residual. A su vez, se presentó y aplicó un método denominado “directo” que permite obtener el campo de índice de refracción aproximado a partir de mapas μ-Raman, en guías de onda originadas por deformaciones. Este método no requiere un modelo numérico ni iteraciones. En el presente trabajo de tesis se profundiza sobre el origen de guías de onda fabricadas con láser de femtosegundos, evaluando, a su vez, distintos métodos para estudiar los campos de deformaciones y de índice de refracción. Esto tiene potencial aplicación en el diseño de dispositivos fotónicos, como así también, en el estudio del comportamiento mecánico de materiales ópticos.Facultad de Ingenierí

Experimental and ab initio study of the structural and optical properties of ZnO coatings: Performance of the DFT+U approach

In this work, ZnO coatings were produced by the spray-pyrolysis technique and characterized by scanning electron microscopy, X-ray diffraction and optical transmittance spectroscopy. The experimental results were compared to predictions obtained from electronic-structure calculations based on the Density Functional Theory plus U (DFT+U) approach. To this purpose, the 2H, 4H and 6H polytypes of ZnO were theoretically analysed, and DFT+U was assessed for the calculation of structural, electronic and optical properties of the hexagonal ZnO structures. We found that DFT+U is an effective and accurate method that combined with experimental measurements, allows a deeper insight about the coatings of the wurtzite (2H) phase synthesized in the laboratory. This comprehensive study of the pure ZnO is the first step towards the study of more complex ZnO-based coatings.Fil: Apaolaza, Agustín. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas; ArgentinaFil: Richard, Diego. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas; Argentina. Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Tecnología de Recursos Minerales y Cerámica. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Centro de Tecnología de Recursos Minerales y Cerámica; ArgentinaFil: Tejerina, Matías Rubén. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ingeniería; Argentina. Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Tecnología de Recursos Minerales y Cerámica. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Centro de Tecnología de Recursos Minerales y Cerámica; Argentin

Estudio comparativo de capas de TiO2depositadas por PLD a presión atmosférica y nebulización pirolítica

Las nanocapas cerámicas son ampliamente estudiadas por su interés en aplicaciones tecnológicas. Estos recubrimientos pueden conformar celdas solares, superficies de transmisión, emisión o reflexión selectiva de luz, entre otras tantas aplicaciones. En este trabajo se presenta una comparación entre películas delgadas de TiO2 depositadas por ablación láser pulsado (PLD) y por nebulización pirolítica (sol-gel spray-pyrolisis, SP). La caracterización de las nanocapas se realizó empleando diversas técnicas como microscopía electrónica de barrido (SEM), espectrometría de dispersión de energía de Rayos X (EDS), microscopia de Fuerza Atómica (AFM), Difracción de Rayos X y espectroscopia Raman.TiO 2 layers and nanolayers are widely studied due to its technological applications. This material could be used in solar cells, transmission, emission or selective reflection, among other applications. In this paper, we show a characterization of layers of TiO 2 grown by two different methods, Pulsed Laser Deposition (PLD) at atmospheric pressure and spray pyrolysis (SP). The samples were characterized by SEM, EDS, AFM, XRD and Raman Spectrometry.Fil: Tejerina, Matías Rubén. Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Tecnología de Recursos Minerales y Cerámica. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Centro de Tecnología de Recursos Minerales y Cerámica; ArgentinaFil: Gamba, Martina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas; ArgentinaFil: Ponce Cabrera, L.. San Petersburg Electrotechnical University; RusiaFil: Alvira, Fernando Carlos. Universidad Nacional de Quilmes. Departamento de Ciencia y Tecnología; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentin

Efecto de envejecimiento en la solución de partida al crecer capas de óxido de níquel por nebulización pirolítica

El óxido de níquel (NiO) tiene una excelente estabilidad química y muestra conductividad tipo p debido a vacantes de Ni y/o intersticiales de O. Por esto, las películas delgadas de óxido de níquel tienen un gran aplicabilidad, por ejemplo, como material activo en sensores de gases químicos, como ánodo en celdas de combustible de oxígeno, como contraelectrodo en ventanas inteligentes debido a su p- tipo propiedad electrocrómica, y en otros dispositivos optoelectrónicos tales como elementos para visualización de información, obturadores de luz y espejos de reflectancia variable. En el estudio de Bhujel et al. se presentó el efecto del tiempo de envejecimiento de rango medio (1 día-6 días) sobre las propiedades estructurales y ópticas de películas de ZnO depositadas sobre sustratos de vidrio mediante la técnica de recubrimiento por rotación sol-gel, en él se, encontró que la naturaleza cristalina, la morfología de la superficie y las propiedades ópticas de las películas de ZnO dependen en gran medida del tiempo de envejecimiento. Teniendo en cuenta este antecedente, el presente trabajo se enfocó en estudiar el efecto del envejecimiento sobre las propiedades de las películas delgadas de óxido de níquel depositadas por nebulización pirolítica.Facultad de Ingenierí

Characterization of thin coatings based on ZnO for photonic applications

We present a comparison between zinc oxide films made by sol-gel dip-coating and spray-pyrolysis to be employed in optoelectronic applications. Grain size, shape, roughness, thickness, band gap, composition, crystalline orientation, electrical resistivity, and optical guided modes were evaluated by AFM, SEM, EDS, optical transmittance, electrical resistance, and end-fire coupling method, respectively. From these results, it was determined that dip-coated film is thinner (with a thickness of about 130 nm) than the spray-pyrolysis one (of about 500 nm), whereas the former showed lower roughness and higher electrical resistivity. Furthermore, a 532 nm continuous laser was coupled across the sprayed film because of its greater thickness. We conclude that the studied techniques can be complementarily implemented to obtain high-performance coatings for photonic applications, combining the lower roughness of dip coating and the wider thickness of spray-pyrolysis films.Fil: Suarez, Gustavo. Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Tecnología de Recursos Minerales y Cerámica. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Centro de Tecnología de Recursos Minerales y Cerámica; ArgentinaFil: Alvira, Fernando Carlos. Universidad Nacional de Quilmes. Departamento de Ciencia y Tecnología. Laboratorio de Biomembranas; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto Multidisciplinario de Biología Celular. Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Instituto Multidisciplinario de Biología Celular. Universidad Nacional de La Plata. Instituto Multidisciplinario de Biología Celular; ArgentinaFil: Parra, Rodrigo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales; ArgentinaFil: Tejerina, Matías Rubén. Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Tecnología de Recursos Minerales y Cerámica. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Centro de Tecnología de Recursos Minerales y Cerámica; Argentin

Growth of ZnO thin films by pyrolytic nebulization

Los films de ZnO depositados por nebulización pirolítica son una buena opción como materiales semiconductores transparentes de bajo costo. El proceso de nebulización pirolítica conlleva la evaporación de una solución que contiene iones de Zn sobre un sustrato que se mantiene a temperatura constante entre 350°C y 450°C. Una posibilidad para obtener recubrimientos de baja resistividad (del orden de 0.1 ohm*cm) es lograr capas homogéneas de baja porosidad de un espesor del orden de 1 m. En este trabajo se presenta el resultado de variar la proporción agua/etanol utilizado como solvente.Facultad de Ciencias Agrarias y Forestale

Growth of thin nickel oxide films by pyrolytic nebulization

El óxido de níquel (NiO) tiene una excelente estabilidad química y muestra conductividad tipo p debido a vacantes de Ni y/o intersticiales de O. Por esto, las películas delgadas de este material tienen una gran aplicabilidad tecnológica, como por ejemplo en sensores de gases, en celdas de combustible y en ventanas inteligentes, entre otras. La técnica de nebulización pirolítica permite fabricar con bajo costo estos materiales. La preparación de la solución a nebulizar determina las características del material a obtener y uno de los aspectos importante a tener en cuenta en este proceso es el tiempo de envejecimiento de esta solución[2]. En este trabajo, se presenta una caracterización de recubrimientos de NiO fabricados a partir de soluciones con distinto tiempo de envejecimiento.Facultad de Ciencias Agrarias y Forestale

A low-cost mechatronic system for sol-gel spraypyrolysis technique

This work presents a design of a low-cost spray pyrolysis automatized system which allows to manufacture high quality thin films. In particular, the thermal component of this instrument is modelled in different operation conditions, analyzed, and controlled. Also, different configurations for the whole instrument are analyzed.Fil: Oviedo, Martin. Universidad Nacional de Quilmes. Departamento de Ciencia y Tecnología; ArgentinaFil: Alvira, Fernando Carlos. Universidad Nacional de Quilmes. Departamento de Ciencia y Tecnología; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Apaolaza, Agustin. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Departamento de Física; ArgentinaFil: Martiarena, Juan Francisco. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ingeniería; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata; ArgentinaFil: Tejerina, Matías Rubén. Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Tecnología de Recursos Minerales y Cerámica. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Centro de Tecnología de Recursos Minerales y Cerámica; Argentin

Variación de parámetros de crecimiento en la deposición de films de ZnO por nebulización pirolítica sol-gel

Las películas de óxido de zinc (ZnO) son materiales muy prometedores como óxidos conductores transparentes debido a su excelente estabilidad química y térmica, amplia energía de banda prohibida directa (Eg = 3,3 eV) y alta disponibilidad [Theerthagiri, 2019]. Entre las técnicas capaces de producir estas películas podemos mencionar: deposición de capas atómicas, deposición de vapor químico, deposición de láser pulsado y técnicas basadas en sol-gel. Estos últimos están siendo explorados continuamente porque pueden ser operados bajo presión atmosférica y sin atmósfera controlada ni equipos costosos [Suarez, 2019]. En las últimas décadas se realizaron diversas investigaciones para optimizar el proceso de nebulización pirolítica para la fabricación de películas de ZnO[Hafdallah, 2017]. Este método consiste en generar gotas de una solución que contiene el catión Ni+2 y depositarlas sobre un sustrato calentado [Apaolaza, 2020]. El proceso es rentable, respetuoso con el medio ambiente, fácilmente escalable y capaz de generar materiales semiconductores [Hafdallah, 2017; N. Lehraki, 2012]. Las características obtenidas para las películas de ZnO rociadas y nebulizadas dependen en gran medida de múltiples variables de crecimiento, tales como la distancia de aplicación, la presión del gas portador y la composición del solvente [Saha, 2020]. La optimización de estos parámetros de acuerdo con las características deseadas de las películas es un paso relevante del proceso de fabricación, y el análisis de estas condiciones generalmente se reporta en términos de algunos de ellos por separado, en lugar de forma integral. En distintos estudios se determinó que diferentes solventes (MeOH, EtOH y 2-ME) generan diferentes características de la película [Ramos, 2008]. Hasta donde sabemos, aún no se ha analizado el efecto de la composición del solvente (relación agua desionizada/etanol), la distancia de aplicación y la presión del gas portador sobre las propiedades de la película producida por la nebulización pirolítica. En este trabajo, nos dedicamos a un análisis global de las características de la película de ZnO en términos de la variación de los parámetros de fabricación de la nebulización pirolítica, a saber, la distancia de aplicación, la presión del gas portador (aire comprimido en este caso) y la composición del solvente. Para este propósito, se muestra y discute una caracterización usando imágenes macroscópicas de las películas, difracción de rayos X (XRD) y espectroscopía de transmitancia UV-VIS-NIR. Los resultados presentados en este artículo pueden ser útiles para mejorar las condiciones de crecimiento de películas de ZnO con diversas aplicaciones, como células solares, sensores de gas y filtros ópticos, entre otras.Facultad de Ingenierí

Técnica láser speckle dinámico en capas semiconductoras de ZnO

Las capas delgadas de ZnO tienen amplia aplicación en optoelectrónica y en tecnología de celdas y sensores debido a su alta transparencia óptica en el rango visible y su elevado bandgap (Eg=3.3 eV). Adicionalmente, la utilización de dopaje con metales de transición puede mejorar su desempeño para nuevas aplicaciones y, en particular, el níquel por tener un radio iónico similar al zinc, es buen candidato para esta función. El desarrollo de films Ni:ZnO mediante la técnica sol-gel spray pyrolysis (SP) es de gran interés por su bajo costo, fácil escalabilidad y por ser amigable con el medio ambiente. Las técnicas de transmitancia óptica (UV-VIS-NIR) y difracción de rayos X (DRX) suelen utilizarse habitualmente para caracterizar estos films. Sin embargo, no se ha reportado hasta la actualidad estudios de Láser Speckle Dinámico (LSD) sobre films de ZnO. Esta técnica se ha utilizado para estudiar propiedades superficiales en muestras cerámicas y sistemas biológicos [4], por lo que se prevé que se ha útil para aportar información sobre los films. En este trabajo se presenta una caracterización de films de Ni:ZnO fabricados por SP. Para caracterizar las muestras se utilizó UV-VIS-NIR, DRX y LSD.Facultad de Ingenierí