Tesis defendidas

Esta tesis estudia el balance de humedad sobre la Península Ibérica utilizandodiferentes configuraciones del modelo WRF (sin y con asimilación de datos cada6 horas) y explora las posibilidades de los métodos de downscaling estadístico ydinámico aplicados a la precipitación.Los términos principales del balance de humedad se validaron contra conjuntosde datos observacionales. Sistemáticamente, la simulación con asimilación dedatos (experimento D) produce mejores resultados que los de la simulación sinasimilación (experimento N), y similares a los obtenidos por el reanálisis ERAInterim.El efecto de la asimilación de datos es claramente observable en elresiduo del balance producido por D, especialmente a las 12 y 18 UTC. Lainfluencia de los frentes atlánticos es observable en los mapas de precipitación,pero también el efecto de las brisas en los flujos de humedad.Dos técnicas de downscaling (dinámico ¿ WRF y estadístico - SDSM) fueronaplicadas al cálculo de precipitación en 21 estaciones sobre la Península yproducen resultados comparables a los de conjuntos observacionalesalternativos. Los índices estadísticos y de precipitación calculados muestran quesegún el índice estudiado, cada técnica tendrá sus puntos fuertes y débiles.Por otra parte, el campo de viento generado por las simulaciones de WRF fueronaplicadas a la detección de zonas potenciales para la creación de parques eólicosflotantes en el mar Mediterráneo. Además, el paquete de R aiRthermo fuegenerado a partir de algunas de las funciones utilizadas en la tesis.

En esta tesis doctoral titulada ¿Surfaces and Interfaces in Thin-Film and Conventional Li-ion Batteries¿ se presentan los resultados del trabajo experimental realizado en relación a materiales del estado del arte en baterías íon-litio. En particular, en una primera parte se describen los resultados obtenidos al estudiar la superficie de electrodos formados por el material Titanato de Litio (Li4Ti5O12, LTO). En esta primera parte el estudio se centra en la evolución de las fases presentes en la superficie del electrodo a lo largo del ciclado electroquímico. En una segunda parte, continuando con los electrodos basados en el material LTO, se estudia el efecto de capas protectoras depositadas en electrodos convencionales mediante la técnica de sputtering. En esta parte se describe el efecto positivo que dichas capas protectoras tienes en el comportamiento electroquímico de los electrodos, al mismo tiempo que se estudia el origen de dicha mejora. Finalmente, en un último capítulo se describe la deposición, caracterización y optimización de electrodos de capa fina del material LiMn1.5Ni0.5O4. Además de una caracterización composicional, morfológica, estructural y electroquímica de los electrodos, se dedica especial atención a las intercaras, tanto la del colector de corriente-electrodo como la del electrodo-electrolito sólido.

El presente trabajo de investigación se encuadra en la línea de ¿Materiales Intermetálicospara Altas Temperaturas¿ que se desarrolla en el Grupo de investigación en MetalurgiaFísica (GIMF) de los Dptos de Física de la Materia Condensada y Física Aplicada II dela UPV/EHU. En ese marco, el GIMF ha establecido un programa de colaboracióninternacional con el Dpt. of Physical Metallurgy and Materials Testing de la Universidadde Leoben, Austria, donde el Dr. H. Clemens es líder mundial en el desarrollo de lasnuevas generaciones de Materiales Intermetálicos de TiAl [Cle13]. En el marco de estacolaboración se han realizado ya varias publicaciones científicas y comunicaciones acongresos conjuntas [Kle17, Usa17].La importancia de reducir el impacto medioambiental y aumentar la seguridad y elrendimiento económico de los sistemas de transporte ha motivado intensasinvestigaciones durante las últimas tres décadas. El desarrollo y procesado de materialespara altas temperaturas, es la clave del avance tecnológico en áreas de la ingeniería en lascuales se deben alcanzar requerimientos extremos, como es el caso de la industriaaeronáutica. Los requisitos de una mayor eficiencia, reducción de emisiones de CO2 y deconsumo de combustible y disminución del peso en los motores de aviación es la fuerzamotriz para el desarrollo de materiales ligeros innovadores y resistentes a altastemperaturas que puedan sustituir parcialmente los materiales empleados en la actualidad.Las aleaciones intermetálicas de TiAl muestran un gran potencial para satisfacer dichasdemandas [App00][Cle13].Hasta ahora, las superaleaciones de base níquel han dominado el ámbito de los álabes deturbinas en motores de reacción debido a su capacidad para soportar las elevadas cargasmecánicas y térmicas impuestas al material. Una desventaja estas aleaciones es su altadensidad 8 g/cm3, que en el caso de los intermetálicos TiAl se ve reducida a casi la mitad(3,9-4,2 g/cm3 dependiendo de la composición y la constitución). Además, las principalesventajas que presentan los intermetálicos avanzados de TiAl frente a las superaleacionesde base níquel son un elevado límite elástico específico, elevada rigidez específica(módulo elástico/densidad), buena resistencia a la oxidación y al sobrecalentamiento,ofreciendo además buenas propiedades de resistencia y fluencia hasta 750ºC [Cle13]. Porello las aleaciones de TiAl se han convertido en la mejor alternativa para reemplazar a lassuperaleaciones de base níquel en dichas turbinas, lo que llevaría a una reducción del pesoIIestructural de los motores de reacción en un 20 o un 30% [Voi05] consiguiendo así unaumento significativo del rendimiento del motor y una mayor eficiencia del combustible.Una de las aleaciones de TiAl más relevantes y recientes es la denominada TNMTM conun contenido equilibrado de Nb y Mo y que desde 2014 se está empleando en las etapasde baja presión de las turbinas del nuevo turbofán de Pratt&Whitney que ya está volandoen los aviones de Airbus A320neo. Con el propósito de aumentar la temperatura deservicio de estos componentes aeronáuticos, se está invirtiendo un gran esfuerzo en lainvestigación del efecto de los elementos de aleación y de las diferentes microestructurasen las aleaciones de TiAl.El propósito de la presente investigación, con el fin de desarrollar materiales competitivosmejorados, es la investigación de nuevas generaciones de TiAl entendidas como unaactualización avanzada de las TNM, denominada TNM+. Para ello a parte de la familiaTNM+, micro-aleada con Si y C y compuesta por tres miembros con diferentesmicroestructuras, también se han investigado las familias TiAl+Mo, rica en Mo, y laTN1.5Mo+C, rica en C, con el fin de investigar el efecto de cada uno de los elementos dealeación.Para que las aleaciones de TiAl resulten idóneas para el cumplimiento de las demandasde ingeniería aeronáutica, se requiere una buena estabilidad microestructural y un buencomportamiento de resistencia a la fluencia. Estas propiedades vienen controladas por losprocesos de difusión y de deformación, por ello resulta crucial identificar los mecanismosatómicos de movilidad de defectos que controlan los procesos de deformación. Esteestudio se puede llevar a cabo con éxito mediante la técnica experimental denominadaEspectroscopía Mecánica [Fan01, San01]. En este trabajo, se implementa una nuevaestrategia para el uso de la espectroscopía mecánica, que da información sobre losprocesos de relajación atómica asociados a la movilidad de defectos cristalinos, ycombina con la caracterización microestructural mediante Microscopía Electrónica.Así, los objetivos de este trabajo se definen de la siguiente manera:¿¿ Determinar los mecanismos microscópicos de movilidad de defectos y losprocesos de difusión asociados que tienen lugar a alta temperatura en el sistemaTiAl.¿¿ Identificar el comportamiento en fluencia de las 7 aleaciones TiAl estudiadas,haciendo uso para ello de la técnica experimental no-destructiva denominadaEspectroscopía Mecánica.III¿¿ Identificar la influencia de los elementos de aleación y la microestructura enlos procesos de difusión y en el comportamiento en fluencia.¿¿ Comprender la estabilidad microestructural a alta temperatura de la aleaciónmás prometedora del lote estudiado: la aleación TNM+-FL perteneciente a lafamilia TNM+ y que presenta una estructura fully lamellar también denominadanano-laminar debido al reducido espaciado inter-laminar que presenta sumicroestructura.¿¿ Establecer una comparación entre la aleación estudiada más prometedora(TNM+-FL) y la reconocida TNM.De esta manera, la tesis presenta la siguiente estructura:El capítulo 1 consiste en una breve introducción a la principal área de aplicación (laindustria aeronáutica) y a las ventajas industriales de los intermetálicos de TiAl, junto conla motivación y los objetivos de la investigación.El capítulo 2 es la revisión bibliográfica de los materiales bajo estudio: un repaso a losconceptos básicos en los que se fundamenta la presente tesis, tales como la informaciónde las fases y propiedades de los materiales TiAl en general y de los aquí estudiados enparticular. El capítulo concluye con los avances científicos más relevantes publicados enel campo de la espectroscopía mecánica que nos ayudarán a comprender nuestros propiosresultados.El capítulo 3 describe los métodos experimentales y técnicas empleadas durante estetrabajo. Se incluye, además, el fundamento teórico y la metodología empleada paraanalizar los espectros de fricción interna en los experimentos de espectroscopía mecánica.El capítulo 4 es el primer capítulo de resultados. En él se recopilan los resultadosexperimentales obtenidos para la familia TiAl+Mo junto con las conclusiones principalesa las que nos han llevado. Se ha empleado la técnica de espectroscopía mecánica paraestudiar los mecanismos de relajación observados a diferentes temperaturas y tambiénpara determinar las energías de activación de la fluencia. La microscopía electrónica debarrido ha sido empleada para verificar la condición no destructiva de la técnica y tambiénpara identificar las transformaciones de fase que han tenido lugar cuando ha sidonecesario alcanzar temperaturas más elevadas. Al final del capítulo se expone unadiscusión de los resultados presentados a lo largo de este.IVEl capítulo 5 es el segundo capítulo de resultados. Contiene un repaso de las diferentesTNM investigadas mediante espectroscopía mecánica por la comunidad científica, asícomo un nuevo estudio microestructural realizado en el marco de la presente tesismediante microscopía electrónica de barrido y de transmisión. También se incluyen eneste capítulo los datos obtenidos para la familia TN1.5Mo+C mediante espectroscopíamecánica y microscopía electrónica de barrido, con el fin de establecer una comparaciónentre esta familia y las aleaciones TNM.El capítulo 6 es el tercer y último capítulo de resultados. En él se resumen lacaracterización completa llevada a cabo en la familia TNM+ mediante espectroscopíamecánica y microscopía electrónica. Los resultados obtenidos llevan a unas interesantesconclusiones que se discuten al final del capítulo.El capítulo 7 es la discusión general. A pesar de que en cada capítulo de resultados se hadesarrollado una discusión relativa a los resultados expuestos en cada uno de ellos, esimportante hacer una discusión general incluyendo todos los aspectos implicados. De estamanera, el conocimiento adquirido en el análisis y estudio de unas aleaciones se empleapara arrojar luz sobre cuestiones no resueltas en otras aleaciones y poder llevar a caboconsideraciones comparativas.Por último, el objetivo del capítulo 8 es sintetizar las conclusiones de esta tesisresumiendo los hallazgos clave.La presente investigación ha permitido, por un lado, identificar nuevos mecanismos derelajación atómica: uno que tiene lugar en la fase ordenada ¿¿ y relacionada con la difusióndel Mo, otra perteneciente a la fase ¿¿ y vinculada a la difusión del Al y otra que tienelugar en la fase ¿¿2. Esta última ya fue identificada en previos estudios publicados, peroen nuestro caso se identifica la implicación de la interacción C-vacante. Por otro lado, secomprueba que el fondo de fricción interna de alta temperatura, medido porespectroscopía mecánica, se puede relacionar con los resultados obtenidos en los test defluencia, permitiendo de esta manera obtener los parámetros de activación por un métodoalternativo. Así, la información obtenida mediante esta técnica no-destructiva seríacomplementaría a la obtenida por ensayos de fluencia, permitiendo una profundacomprensión de los micro-mecanismos que gobiernan la deformación a alta temperatura.A juzgar por los resultados, tanto de caracterización de espectroscopía mecánica como deanálisis microestructural, la aleación TNM+-FL nano-laminar se presenta como laVcandidata más prometedora a mejorar la respuesta en fluencia y a incrementar latemperatura de servicio.Se puede concluir que, desde el punto de vista de la ciencia básica, todos los resultadosexperimentales presentados en esta tesis doctoral, junto con las respectivas discusiones yconclusiones, constituyen una valiosa contribución a la comprensión de los procesos dedifusión que tienen lugar en los intermetálicos de TiAl y de los mecanismos dedeformación que gobiernan la fluencia. Asimismo, desde el punto de vista de laingeniería, los resultados obtenidos proporcionan información relevante para la mejorade las aleaciones de TiAl hacia un uso más adecuado y económico.

Hasta aproximadamente el siglo dieciocho los científicos eran expertos tanto en los aspectosmatemáticos como en los aspectos físicos de su investigación y de sus descubrimientos.Cabe sostener que muy probablemente estos no distinguían mucho entre la físicateórica y la física experimental, por ejemplo, puesto que a menudo eran al mismo tiempomatemáticos, astrónomos, geómetras, ingenieros, físicos e incluso, a veces, filósofos. Apartir del siglo diecinueve las fronteras que habrán de delimitar estos campos comienzana ser más definidas y desde el siglo veinte matemáticos y físicos, por lo general, hantrabajado en dos áreas de investigación separadas en la ciencia.Hoy en día, debido a la rápida especialización de los campos científicos y al nacimientode nuevas disciplinas, la distancia entre las matemáticas y la física se ha hecho aún másgrande. En particular, el uso de diferentes lenguajes ha empezado a impedir que los científicosse comuniquen entre ellos y compartan sus resultados. Aun así, la historia de laciencia nos ha mostrado cómo el intercambio de conocimiento entre estos dos campos, lasmatemáticas y la física, ha sido clave en el pasado para superar obstáculos, para producircambios de paradigma, para abrir nuevas perspectivas y para impulsar una revolucióncientífica.Dos ejemplos destacables de este proceso en estas dos ramas científicas han sido losdesarrollos producidos por la teoría de la mecánica cuántica y por la teoría de la relatividadgeneral. Los avances requeridos por la mecánica cuántica en el análisis funcional y lano conmutatividad de los operadores que representan los observables cuánticos, han conducidoa un campo completamente nuevo, y ahora independiente dentro de las matemáticasllamado geometría no conmutativa. Por lo que concierne a la relatividad general, laequivalencia de la curvatura con el campo gravitacional, que representa uno de los fundamentosde la teoría, es una manifestación evidente de la conexión profunda entre lageometría diferencial y la física gravitacional. En ambos casos, las matemáticas proveena los físicos de bases sólidas y marcos para construir una nueva teoría física, mientras quela física motiva e indica a los matemáticos el camino hacia áreas inexploradas y problemasirresolutos.Geometría y física gravitacionalEl marco matemático de la teoría de la relatividad general y de la mayoría de las teoríasgravitacionales está dado por la geometría Lorentziana. Un espacio-tiempo está modeladopor una variedad LorentzianaMy las leyes físicas que describen el Universo a grandesescalas son expresiones tensoriales que dependen del tensor de Riemann de M. Todoslos objetos y los conceptos relevantes en gravitación poseen un equivalente geométrico.Por ejemplo, las geodésicas temporales y luminosas representan las trayectorias de laspartículas materiales y de los fotones, respectivamente; y la incompletitud geodésica temporalo luminosa de M implica bajo ciertas condiciones la presencia de singularidadesen el espacio-tiempo. En una singularidad del espacio-tiempo las cantidades de curvaturaviiviiipueden divergir y los agujeros negros, predichos por la teoría, esconden estas singularidadesclásicas dentro de sus horizontes.Las matemáticas que se necesitan en física gravitacional incluyen, por ejemplo, ecuacionesen derivadas parciales para analizar las ecuaciones de campo de Einstein, el análisisgeométrico para estudiar las ecuaciones de ligadura y para resolver problemas de estabilidady el análisis numérico para aproximar aquellas soluciones que no se pueden obteneranalíticamente. Dentro de la geometría diferencial, la teoría de subvariedades provee lasherramientas adecuadas para abordar algunos problemas importantes que involucran tantolas singularidades del espacio-tiempo como el colapso gravitacional.Teoremas de singularidades Los teoremas de singularidades demostrados en los añossesenta por Roger Penrose y Stephen Hawking [66, 34, 85] afirman que la formaciónde singularidades es inevitable, si se asumen condiciones razonables sobre la curvaturadel espacio-tiempo, sobre la geometría extrínseca de ciertas subvariedades y sobre la estructuracausal de la variedad Lorentziana. En particular, la existencia de subvariedadesatrapadas en el espacio-tiempo es un requisito clave en la formulación original de los teoremasde singularidades, así como en sus más recientes generalizaciones [29]. Matemáticamente,una subvariedad atrapada es una subvariedad espacial cuyo campo de curvaturamedia es temporal en todas partes.Colapso gravitacional El análisis del colapso gravitacional está basado, desde un puntode vista geométrico, en el estudio de los horizontes de los agujeros negros [2]. El horizontede un agujero negro está modelado por una subvariedad de dimensión tres cuyas seccionesson superficies de dimensión dos cerradas y marginalmente atrapadas. Matemáticamente,una superficie marginalmente atrapada es una superficie espacial cuyo campo decurvatura media es luminoso y futuro en todas partes (hay también una versión dual parael pasado). Cada una de estas superficies marginalmente atrapadas representa el ¿borde¿de la región que contiene el agujero negro en un instante de tiempo dado. Su evolucióna lo largo del tiempo determina el carácter causal del horizonte y, por consiguiente, ladinámica del agujero negro correspondiente.Como ha sido implícitamente mencionado, la formulación de los teoremas de singularidadesy la descripción geométrica de un colapso gravitacional no sería posible sin elempleo de las subvariedades espaciales y del estudio de sus propiedades extrínsecas.Subvariedades espacialesSean S una subvariedad espacial y ¿ un campo vectorial normal a S, entonces es posibledescribir la evolución inicial de S a lo largo de la dirección extendida por ¿ por el medio dedos cantidades llamadas expansión y cizaña (¿shear¿) de S a lo largo de ¿. La expansiónda información sobre el cambio de volumen de S (de área si S es una superficie) mientrasque la cizaña da información sobre el cambio de ¿forma¿ de S manteniendo el volumenfijado. Si la expansión se anula, entonces el volumen de S a lo largo de esa direcciónResumen ixparticular no cambia inicialmente. En este caso se dice que S es expansion-free. Sila cizaña se anula entonces la forma de S no cambia inicialmente y la subvariedad esllamada shear-free.El concepto de ser expansion-free a lo largo de una dirección normal está estrictamenterelacionado con la propiedad de una subvariedad de ser marginalmente atrapada.De hecho, la primera definición de superficie atrapada fue dada en términos de las expansionesluminosas. Encontrar subvariedades expansion-free en la literatura de físicaes muy común y, en particular, en relación a los horizontes de agujeros negros. Por otraparte, el concepto de ser shear-free es también común en la literatura de física pero hatenido mucha más atención entre los matemáticos. Sin embargo, la terminología usada esdiferente: en la literatura de matemáticas las variedades shear-free son llamadas umbilicales.Subvariedades umbilicales y horizontes de agujeros negros Las subvariedades umbilicalesno son usadas explícitamente en el análisis de las singularidades de espacio-tiemposy del colapso gravitacional. Aun así, aparecen a menudo cuando se considera el conceptoclásico de horizonte de sucesos [60, 99] y también cuando se consideran horizontes deKilling y horizontes sin-expansión [2]. Los horizontes más comunes y más estudiados enla literatura, que son los horizontes de sucesos en el espacio-tiempo de Schwarzschild yen el espacio-tiempo de Kerr, tienen la siguiente propiedad: las superficies marginalmenteatrapadas que folian la hypersuperficie de dimensión tres que representa el horizonte sonumbilicales. En particular, son umbilicales a lo largo de una dirección luminosa. Lapregunta natural de si este tipo de foliación puede caracterizar horizontes más generalesde agujeros negros no-estacionarios ha motivado la investigación llevada a cabo en [85]primero, y en esta tesis, luego.En [85] el autor caracteriza superficies espaciales umbilicales en espacio-tiempos dedimensión cuatro en términos de las propiedades de conmutación de los operadores deWeingarten. Los resultados que presenta son específicos para el caso de codimensióndos. El trabajo de esta tesis empieza con buscar una versión generalizada a la condiciónde umbilicidad presentada en [85]: se deja que la dimensión y la codimensión de la subvariedady la dimensión y la signatura de la variedad ambiente sean arbitrarias. En unasegunda fase, la condición de umbilicidad se aplica a espacio-tiempos que tienen interésdesde un punto de vista físico. El objetivo es, primero, encontrar ejemplos explícitos defamilias de superficies espaciales umbilicales y, luego, probar la idea de foliar los horizontesde agujeros negros por el medio de superficies espaciales que son al mismo tiempomarginalmente atrapadas y umbilicales.Resumen de los resultadosEn esta tesis se han estudiado las propiedades umbilicales de las subvariedades espaciales.Se han presentado algunas caracterizaciones que han sido aplicadas, en particular, a lasórbitas de grupos de movimientos conformes. Se ha dado una condición suficiente para laexistencia de puntos focales a lo largo de geodésicas temporales y luminosas en espaciosxLorentzianos productos de tipo warped. Esta ha sido usada para derivar algunos teoremasde singularidades. Los resultados han sido aplicados a varios espacio-tiempos que tienenrelevancia en la física gravitacional.A continuación un resumen de los resultados principales de la tesis, divididos porcapítulos.Caracterizaciones de subvariedades espaciales umbilicales En el capítulo 3 se da unteorema de caracterización para subvariedades espaciales umbilicales de dimensión arbitrarian y codimensión k inmersas en una variedad semi-Riemanniana. Que la codimensiónsea arbitraria implica que la subvariedad puede ser umbilical con respecto a unsubconjunto de las direcciones normales. Esto lleva a la definición de espacio umbilicaly al estudio de su dimensión.La parte sin traza de la segunda forma fundamental, llamada total shear tensor enesta tesis, juega un papel central en los teoremas de caracterización. Nos permite definirobjetos ¿shear¿ (operadores shear, tensores shear y escalares shear) que determinan laspropiedades umbilicales de la subvariedad espacial con respecto a un campo vectorial normaldado. En caso de que haya k¿1 direcciones umbilicales linealmente independientes,el total shear tensor determina un campo vectorial normal, llamado G, que es ortogonal alespacio umbilical. Cuando la codimensión es k = 2 es posible comparar G con el campode curvatura media y encontrar algunas analogías.El teorema de caracterización es un instrumento muy útil para determinar si una subvariedadespacial dada tiene un espacio umbilical no trivial. Si la dimensión y la codimensiónde la subvariedad son ambas dos, por ejemplo, es suficiente calcular el conmutadorde dos operadores cualesquiera de Weingarten: si se anula, entonces el espacio umbilicaltiene dimensión uno por lo menos.Aplicación del teorema de caracterización a las órbitas de un grupo de movimientosconformes Dado un grupo de movimientos conformes G que actúa sobre una variedadsemi-Riemanniana y dada una órbita S, es posible aplicar los resultados de caracterizacióndel capítulo 3 para encontrar condiciones necesarias y suficientes sobre S para que tengaun espacio umbilical no trivial.Si el subgrupo de isotropía de G es trivial, entonces la condición umbilical dependede los productos escalares fij := ¯g(Vi, Vj), donde {V1, . . . ,Vn} es un (sub)conjunto decampos vectoriales de Killing conformes generadores de G. Si el subgrupo de isotropíade G es no trivial, sostenemos que, bajo hipótesis específicas, es posible demostrar quela condición umbilical se satisface automáticamente de manera que el espacio umbilicales no trivial. Las hipótesis dependerán de la codimensión k de S, de la dimensión D delsubgrupo de isotropía y de los rangos R(a) de las matrices A(a) que están definidas entérminos de las constantes de estructura de G (expresión (4.22)).Teoremas de singularidades en espacios Lorentzianos producto de tipo warped Enel capítulo 5 se considera un producto warped Lorentziano M = M ¿f Y y se analizaResumen xiuna clase particular de subvariedades espaciales S. Se presenta una condición suficienteque permite demostrar, por un lado, la existencia de puntos focales a lo largo de geodésicasnormales a S temporales o luminosas y, por otro lado, la incompletitud geodésicaluminosa deMbajo condiciones adicionales.Asumiendo que se puede dividir la inmersión como S !¿!M, donde ¿ es M ¿{q} o {q}¿Y, la condición de Galloway-Senovilla [29] se puede expresar en términosde la función warped f y del tensor de Riemann de M o Y solamente. Esto significaque, por ejemplo, para demostrar los teoremas de singularidades es posible restringirse alestudio únicamente de una de las dos variedades que definen el producto warped, en vezde considerar el producto warped mismo.La condición encontrada se ha aplicado a situaciones específicas, como curvatura seccionalpositiva y constante, espacios de Einstein o Ricci-flat y unos subcasos en términosde la codimensión de S. Se ha hecho lo mismo en productos directos (f = 1).Ejemplos explícitos de subvariedades umbilicales en la física gravitacional En laprimera parte del capítulo 6 los resultados de caracterización presentados en el capítulo 3han sido aplicados al espacio-tiempo de Kerr, al de Robinson-Trautman y al de Szekeres.Para cada una de estas variedades Lorentzianas de dimensión cuatro, ha sido seleccionadauna familia de superficies espaciales y, usando la condición de umbilicidad para el cason = 2 y k = 2, han sido determinadas aquellas superficies de la familia que poseen unespacio umbilical no trivial. Además, han sido determinadas las que son marginalmenteatrapadas. En la segunda parte del capítulo 6, los resultados del capítulo 4 han sidoaplicados a espacio-tiempos que admiten un grupo de movimientos de dimensión dos otres, y también a los que admiten un grupo de movimientos de dimensión cuatro queactúa sobre órbitas de dimensión tres. En los primeros han sido determinados los tubosmarginalmente atrapados; en los segundos ha sido estudiada la presencia de un subgrupode isotropía no trivial, para mostrar la dependencia entre las funciones fij .

Different methods were applied to investigate the vacancy and Al/Si order in mullite. At first the symmetry was analysed thoroughly to derive constraints on the vacancy distribution based on crystal chemical premises. On this basis a superspace model was developed that defines the polyhedra network consisting of octahedra, tetrahedral tricluster units and tetrahedral dicluster units as a function of the modulation wave vector and the vacancy concentration. Refinements of superspace models based on synchrotron single crystal X-ray diffraction measurements indicate that in the real structure the identified pattern is present, but with a decreased degree of order. Different samples exhibit different degrees of order suggesting that mainly disordered and fully ordered mullite crystals exist. The Al/Si ordering could not be derived from symmetry constraints and the occupancy of Si could not be refined. Nevertheless, an Al/Si ordering pattern could be identified from the analysis of the displacive modulation.The dependence of the satellite reflections on the chemical composition was studied with precession electron diffraction tomography and density functional theory. This allowed to characterise the structural modulation on a new level and reveal the fundamental ordering patterns that define the crystal structure of mullite in terms of vacancy, tricluster and Al/Si order. The understanding of the crystal structure forms a new basis for future research on the properties of mullite and related applications.

Esta tesis doctoral utiliza métodos de generación de imágenes para estudiar la difusión de calor en una muestra. Dos variantes principales fueron empleadas. La primera utiliza variaciones en el índice de refracción, inducidas térmicamente, en un fluido que rodea a la muestra para así evaluar el comportamiento de la temperatura en la superficie del objeto de estudio. Este fenómeno es comúnmente conocido como el efecto espejismo.La segunda variante utilizada en este trabajo es la termografía. En esta técnica, un sensor de imagen que funciona en la porción infrarroja del espectro electro magnético es utilizada para cuantificar la radiación electromagnética que es emitida por la superficie de un objeto dado. Esta radiaci¿no infrarroj mantiene una relación con la temperatura la cual es descrita por la ley de Stefan-Boltzmann lo cual permite el estudio de la distribución térmica superficial en una muestra opaca. Por último, este trabajo demuestra la utilización de una cámara termográfica en la detección de defectos sub-superficiales al aplicar excitación ultrasónica sobre la muestra de tal forma que defectos de contacto dentr odel objeto de estudio generen calor. La temperatura de superficie es registrada con la cámara termográfica y su evolución temporal es analizada de tal forma que permite la determinación de los parámetros geométricos del defecto.

The purpose of this study has been to study the thermal properties of the phosphous chacogenide ferroelectric family Sn(Pb)2P2S(Se)6 in a very wide temperature range (from 30K to 350K), studying the critical behaviour of the continuous phase transitios, exploring both the classical models as well as those predicted by renormalization group theory.

El desarrollo del uso de baterías de litio-ion (LIBs) para el almacenamiento de energía eléctrica ha sido inevitable en los últimos veinte años, impulsado por preocupaciones ambientales y nuevos comportamientos de los consumidores, y gracias a sus excelentes prestaciones en comparación con otras tecnologías de almacenamiento eléctrico. Sin embargo, estas baterías siguen siendo relativamente caras y pueden enfrentarse a algunas limitaciones con respecto a la producción a gran escala debido a la posible escasez de litio. En este contexto, ha aumentado el interés en las baterías Na-ion (SIBs) como un posible reemplazo de bajo coste para las baterías Li-ion.Dado que Li y Na son muy similares, la mayor parte del conocimiento acumulado en LIBs se puede aplicar en SIBs y se pueden usar materiales similares, aunque, con mayor frecuencia las composiones óptimas son diferentes. Sin embargo, en comparación con sus contrapartes de litio, la mayoría de los materiales de intercalación utilizados como electrodos en SIBs muestran rendimientos más pobres comparados con los de litio, que se atribuyen más a menudo a las diferencias fundamentales en las interacciones entre los dos elementos alcalinos y la estructural del material hospedante, lo que conduce a limitaciones cinéticas al mecanismo de (de) intercalación de Na. Se necesita una comprensión más profunda de estas diferencias para superar estas limitaciones.Esta tesis se focaliza en la investigación del origen de las limitaciones cinéticas a la (de) intercalación de Na en compuestos de inserción similares, tomando el material de cátodo (Li, Na)xFeP04 como sistema de estudio.

El objetivo principal de esta tesis es el análisis estadístico del viento en diferentes ámbitos relacionados, como son dos escalas temporales, extremos y una metodología de evaluación bidimensional.El primero es la predicción de viento a muy corto o corto plazo en el cual se ha desarrollado y testado un modelo híbrido para realizar predicción horaria de las componentes zonal y meridional de viento y la racha a partir de observaciones y resultados del modelo numérico empleado, ERA-Interim, tanto en su modo análisis como predicción en tres emplazamientos del País Vasco.En el ámbito de la validación se ha desarrollado el diagrama de Sailor para visualizar y valorar de forma conjunta las variables vectoriales bidimensionales. Además de la metodología, se ha implementado la librería SailoR del programa R, que se distribuye con licencia libre para la comunidad científica.Aplicando el estudio a la energía eólica, se ha analizado la variabilidad a largo plazo de las variables densidad de energía eólica (WPD) y factor de capacidad (CF) offshore en el siglo XX alrededor de la PI. Se han detectado las zonas Atlántica, Golfo de León y Cabo de Gata como las de mayor potencial eólico. También se ha demostrado que las tendencias decadales tanto de WPD como de CF, son positivas y significativas en todo el dominio de estudio.Finalmente, a partir del primer estudio se ha visto la necesidad de comenzar a trabajar en el análisis de los extremos de viento, los cuales se dan mayoritariamente en las tormentas o durante eventos de tiempo severo. Por este motivo se ha analizado si el modelo de downscaling numérico (WRF) reproduce de forma adecuada los índices de inestabilidad atmosférica CAPE, CIN y TT para la Península Ibérica (PI) para los ocho radiosondeos disponibles y para el resto de la Península a partir de los datos del modelo numérico.

La hipertermia magnética, es una terapia innovadora contra el cáncer, que consiste en destruir células cancerosas mediante el uso de nanopartículas magnéticas calentadas con campos magnéticos alternos. La tasa de absorción específica (en inglés, specific absorption rate (SAR)) es un parámetro crucial para optimizar la efectividad de las nanopartículas magnéticas en la hipertermia magnética. El SAR mide la cantidad de energía que absorben las nanopartículas por unidad de masa y es altamente dependiente de las propiedades intrínsecas de éstas. El SAR se puede calcular mediante magnetometría de corriente alterna (CA) a partir del área de los ciclos de histéresis CA. La presente Tesis proporciona un estudio completo del desarrollo de un nuevo magnetómetro CA y su potencial, tras haber realizado un estudio exhaustivo de las limitaciones de la instrumentación existente. Se ha podido observar que el régimen de saturación de las nanopartículas magnéticas está generalmente fuera de los límites experimentales, de campo magnético y frecuencia, de los magnetómetros CA actuales. Esto proporciona una información incompleta de las propiedades magnéticas de las nanopartículas. Con el fin de poder realizar estudios mas avanzados y completos del comportamiento de calentamiento de las nanopartículas magnéticas, se ha desarrollado un magnetómetro CA que es capaz de trabajar en un amplio rango de frecuencias (50kHz- 1 MHz) y generar campos magnéticos mas altos que los existentes hasta ahora: 90 mT a 50 kHz y 30 mT a 1 MHz. Además, este magnetómetro incorpora una sistema de temperatura que permite medir los ciclos de histéresis CA y el SAR entre 220 y 380 K. Finalmente, se ha estudiado el potencial del magnetómetro CA midiendo los ciclos de histéresis y el SAR en distintas nanoparticulas.

Guztira, tesi honetan, argi-materia elkarrekintza efektiboak sortzeko gai diren erradiazio-patroiak diseinatzen ditugu, konputazio kuantikoan, simulazio kuantikoan eta detekzio kuantikoan aplikazioak dituztenak. Horrela, hemen aurkeztutako metodoek argi-materia elkarrekintzen kontrolari buruz dugun ezagutza handitzeko balio dute, eta egungo gailuak etorkizuneko aplikazioetarako prestatzeko modu eraginkorrak deskribatzen dituzte. Gainera, argi-materia elkarrekintzaren simulazio kuantikoa egiteko modu berriak aurkezten ditugu, ohiko hurbilketetatik at. Beraz, uste dugu gure emaitzek: sentsore kuantiko eta simulagailu kuantiko hobeak ekarriko dituztela, ioi-harrapatuz sorturiko prozesadore kuantikoen eraikuntza sustatuko dutela, eta atomo neutroak erabiliz nagusitasun kuantikoaren lehen frogapen esperimentala ekarriko dutela.

En esta tesis se aborda el estudio de la atmósfera de Marte al nivel de la superficie con datos provenientes de la estación meteorológica REMS, uno de los instrumentos del rover de NASA Curiosity situado en el interior del cráter Gale en una latitud ecuatorial. Estos datos se han complementado con observaciones orbitales obtenidas por el instrumento MARCI en el orbitador MRO. Los datos observacionales se han interpretado a partir de la comparación con los resultados de modelos de circulación general almacenados en forma de base de datos climática en la denominada MCD.El periodo estudiado en esta tesis va desde el 6 de agosto de 2012, fecha del aterrizaje de la misión MSL, hasta el 8 de noviembre de 2016, lo que corresponde a más de dos años marcianos. Estos datos permiten estudiar las variaciones meteorológicas diarias, estacionales, el paso de tormentas de polvo, efectos locales asociados a la interacción de la atmósfera con la topografía y eventos transitorios rápidos como el paso de vórtices convectivos capaces de levantar columnas de polvo de la superficie.Los estudios realizados en esta tesis tendrán su continuación natural en un futuro inmediato con la llegada nuevas misiones espaciales equipadas con estaciones meteorológicas como son: Insight con su aterrizaje previsto a finales de 2018 y su estación meteorológica Twins, y Mars 2020 y su estación meteorológica MEDA. De este modo y en un horizonte muy cercano será posible el estudio de la meteorología marciana con una red discreta de estaciones meteorológicas y observaciones orbitales. Así, el trabajo presentado en esta tesis puede considerarse como preparatorio para una nueva era de datos sobre la atmósfera de Marte que permitirá dar respuesta a algunas de las preguntas que se plantearán como resultado de esta investigación.

Planetary atmospheres other than that of Earth provide natural laboratories to test our theories and models for climate studies and can help to identify the physical processes involved in the behaviour and evolution of a planet¿s climate. Mars has always played a predominant role in comparative studies with Earth. Extensive efforts placed in the robotic exploration of Mars have retrieved large amount of data its atmosphere. Dust aerosol is the main driver of Mars¿ atmospheric variability, and the determination of the particles¿ properties is of high relevance for estimating its climate forcing. In particular, the angular distribution of sky brightness can be evaluated to retrieve valuable information regarding the physical properties of the aerosol particles. In this study we show that images retrieved by the Mars Science Laboratory (MSL) engineering cameras (Navcam and Hazcam) can be used to constrain the size and shape of dust aerosol particles, and to derive the column dust optical depth. A radiative transfer based iterative retrieval method was implemented in order to determine the aerosol modelling parameters that best reproduce the sky radiance as a function of the scattering angle observed by MSL engineering cameras. Results show an overall good agreement with previous studies and have contributed to extend the available data and to parameterise dust phase functions. The tools and procedures developed during this research can be implemented for the analysis of retrievals from future Mars exploration missions.

Desde los primeros estudios sobre el uso de Supernovas Tipo Ia a modo de candelas estándar, sabemosque el universo se expande aceleradamente. La descripción físico-matemática de este fenómeno puedeabordarse desde perspectivas muy diferentes. Por un lado, si se quiere mantener un universo descrito porla teoría de la Relatividad General de Einstein, es necesario acudir a la idea de que un tipo de fluidodiferente de la materia bariónica debe estar presente. Dentro de este escenario, una posibilidad es incluirla denominada constante cosmológica, que puede interpretarse como un fluido con ecuación de estadoconstante. De hecho, este modelo es el que actualmente está más aceptado y es considerado el modeloestándar de la Cosmología. Otra opción bastante más general es considerar un fluido dinámico, lo quenormalmente se conoce como energía oscura. Por último, una tercera perspectiva que puede adoptarse,conlleva dejar de lado el contexto de la Relatividad General y establecer otro marco teórico partiendo deuna definición diferente de la acción. Dentro de este grupo se encuentran las teorías de gravedadmodificada. Otra alternativa ampliamente estudiada dentro del marco de la Relatividad General es ladenominada energía oscura unificada. Dado que la presencia de energía oscura y de materia oscura en eluniverso es aproximadamente del mismo orden, y teniendo en cuenta que desconocemos la naturaleza deambas, parece lógico considerar un fluido capaz de describir el comportamiendo de ambos componentes.En esta tesis analizamos cada una de las perspectivas expuestas en lo anterior. Más concretamenteestudiamos las teorías f( R), f( Q) y un fluido unificado perteneciente a la familia de los Chaplygin.

La ganancia de cuota del mercado de vehículos eléctricos es esencial si se pretenden mitigar las consecuencias del efecto invernadero causadas, entre otros factores, por las emisiones de gases de vehículos de motor térmico. Sin embargo, la tecnología encargada de suministrar energía en los vehículos eléctricos, tecnología de Li-ion, no es suficientemente competitiva debido a sus limitaciones en carga rápida, autonomía, seguridad y durabilidad. Por ello, el progreso de la tecnología de Li-ion es vital. Además, su avance asegurará la evolución de los aparatos electrónico portátiles, también alimentados por baterías de Li-ion. De entra las diferentes alternativas existentes para mejorar la densidad energética de las baterías de Li-ion, una de las estrategias más prometedores es el cambio del ánodo actual, grafito, por litio metálico. Aun así, la alta reactividad de la superficie del litio imposibilita tener una superficie estable entre el ánodo y el electrolito. En este trabajo de tesis, la superficie del litio ha sido estudiada con el objetivo de adquirir mayor conocimiento sobre su estabilidad. Para ello, primeramente, se ha analizado cómo los gases atmosféricos secos más comunes (O2, CO2 y N2) modifican la composición química y las propiedades electrónicas de la superficie del litio. Este estudio se ha realizado por medio de las técnicas espectroscópicas de fotoemisión de rayos X y de rayos ultravioleta. En el siguiente estudio, la evolución del carbonato de litio en la superficie del litio se ha analizado in situ por medio de la técnica espectroscópicas de fotoemisión de rayos X de presión ambiente. Finalmente, se ha analizado el efecto de las impurezas nativas de la superficie de una lámina de litio comercial en un sistema electroquímico. Para ello, con el fin de evitar estas impurezas, el primer paso ha sido crecer una capa fina de litio. A continuación, se ha estudiado el rendimiento electroquímico y resistencia interna de un sistema formado por electrodos simétricos de litio y un electrolito polimérico estándar. En este estudio, se ha medido la influencia que ejercen las impurezas nativas de las láminas de litio comerciales, lo que enfatiza la necesidad de adquirir mayor conocimiento sobre el estado inicial de la superficie de litio que se utiliza en las baterías.

The PhD thesis is devoted to the complex study of the influence of cationic and anionic atoms substitution on thermodynamic properties of two-dimensional (Cu,Ag)+(In,Bi)3+P2(Se,S)6 and three-dimensional Sn(Pb,Ge)2P2S(Se)6 phosphorous chalcogenide crystals in a wide temperature range, and, especially, in the vicinity of the structural phase transitions by means of ac photopyroelectric calorimetry in the standard back-detection configuration.

Los circuitos superconductores han surgido como una de las implementaciones físicas más prometedorasen tecnologías cuánticas, fusionando la física, la ingeniería y las matemáticas. Esta tesis expone modeloshamiltonianos matemáticamente consistentes y precisos para describir redes superconductoras idealesformadas por un número arbitrario de elementos concentrados y distribuidos como condensadores,inductores, uniones de Josephson, giradores, y líneas de transmisión. Aunque son ideales, hemosdemostrado que estos modelos que están basados en las leyes de Kirchhoff, son finitos y no presentanproblemas de divergencias, disipando malentendidos de la literatura previa. Finalmente se describe unaextensión de la teoría estándar para cuantizar circuitos que incluyen elementos ideales no recíprocos deforma sistemática, y se allana el camino para su extensión a giradores y circuladores dependientes defrecuencia.

La baterías de sodio ión están consideradas como una de las tecnologías más prometedoras como alternativa a las de litio ión usadas comúnmente a día de hoy. Especialmente, los óxidos laminares son uno de los candidatos más estudiados como material de cátodo. En este trabajo se estudian materiales ricos en hierro debido a su bajo coste y toxicidad, así como por sus interesantes propiedades electroquímicas: alta capacidad y voltaje. Sin embargo, a pesar de sus interesantes propiedades teóricas, estos materiales se deterioran con el ciclado.Esta tesis investiga estos mecanismos de degradación mediante el estudio de la evolución estructural utilizado difracción de rayos X y espectroscopía Mossbauer, así como la evolución del coeficiente de difusión mediante la impedancia electroquímica y la titulación potenciostática intermitente.Esta tesis ha confirma la migración de los iones de metal de transición a las capas de sodio, y se enseña por primera vez la migración en función del estado de carga. Sorprendentemente, se ha visto que la migración es más reversible de lo que se esperaba. En lugar de tratar de evitar la migración, el esfuerzo debería focalizarse en tratar de mejorar la reversibilidad de la actividad redox del oxígeno, ya que ambos eventos están relacionados.

La emisividad es una propiedad termofísica que relaciona la cantidad de radiación térmica que emite un material con la radiada por un cuerpo negro. Se trata de una propiedad de gran importancia en ámbitos industriales y científicos, ya que condiciona las transferencias de calor en situaciones de alta temperatura o alto vacío. La presente tesis se divide en dos apartados fundamentales: por una parte, el desarrollo y mejora de métodos de medida de emisividad y, por otra, la aplicación de dichos métodos a la caracterización de materiales de interés industrial en el sector de las energías alternativas (solar térmica y nuclear de fusión). En primer lugar, se ha llevado a cabo una profunda revisión del aparato singular de medida de emisividad en la UPV/EHU, incluyendo mejoras instrumentales y metodológicas, así como un renovado análisis de sus fuentes de error. En segundo lugar, se han estudiado tres tipos de materiales: absorbentes solares selectivos multicapa para centrales solares térmicas de tubo, recubrimientos negros no selectivos para centrales de torre y una familia de aleaciones de vanadio para futuros reactores nucleares de fusión. El objetivo global de este trabajo es mejorar nuestro conocimiento sobre las propiedades de transferencia de calor por radiación de materiales clave para estos procesos energéticos alternativos

Esta tesis engloba el uso y aplicaciones de algunas técnicas no-destructivas que involucran la generación y propagación de calor y la medición del campo de temperatura resultante en un medio. Las técnicas que fueron utilizadas son la fotoacústica, la fotopiroeléctrica, la termografía infrarroja y el método del alambre caliente transitorio. Los parámetros térmicos de difusividad, conductividad y efusividad térmica fueron medidos en diferentes medios usando estas técnicas, cuyo potencial de aplicación está direccionado a los procesos de certificación y control de calidad en distintos campos de la industria. Sus aplicaciones fueron demostradas en cuatro trabajos de investigación principalmente. En el primero de ellos se midieron las propiedades térmicas de mezclas líquidas de heptano/isooctano en función de su número de octano, así como también las fases gaseosas de algunas componentes puras con el fin de contribuir en posibles normas de certificación para la escala del índice de octano. En el segundo se hicieron mediciones de la efusividad térmicas y espectros de absorción óptica en el infrarrojo de muestras de aceite de café provenientes de cultivos orgánicos y convencionales con el fin de encontrar un posible criterio de discriminación entre estos tipos de aceites usando técnicas fototérmicas. En el tercero se determinó el ancho de una interfaz vertical o grieta entre dos medios de diferente material a través de sus resistencia térmica de contacto usando termografía infrarroja, así como también se midió la conductividad térmica de fluidos que llenan la interfaz. En el cuarto trabajo se midió la difusividad térmica de sólidos (an) isotrópicos en movimiento a velocidad constante, lo cual mimetiza los procesos de producción de línea. Estudios que están direccionados a su aplicación como posibles métodos de inspección y control de calidad de los materiales.

En la tesis se estudia la radiación gravitatoria y la estructura del infinito desde un punto de vistageométrico, dentro del contexto de la Relatividad General de Einstein. En particular, se empleancompactificaciones conformes à la Penrose y se investigan las propiedades de la frontera conforme, tantoen presencia de una constante cosmológica positiva como sin ella. Además, la estructura asintótica seemplea en la caracterización de la radiación gravitatoria asociada a un sistema gravitatorio aisladogeneral. Entre los principales resultados se encuentra un criterio de radiación en términos de la llamadasuperenergía (es decir, cantidades definidas con el tensor de Bel-Robinson); se define un supermomentoasintótico cuya nulidad es equivalente a la ausencia de ondas gravitatorias en el infinito. Elsupermomento asintótico también da lugar a leyes de equilibrio, relacionando el cambio temporal de ladensidad de superenergía con el flujo de la misma a través de superficies contenidas en la fronteraconforme. Por otro lado, se dota al infinito de una estructura adicional, en el caso con constantecosmológica positiva, que permite la identificación de radiación gravitatoria entrante y la definición denuevas simetrías y cargas conservadas asociadas a estas. Finalmente, el resultado clásico conocido bajo elnombre de «peeling property», o propiedad de pelado, del tensor de Weyl se deriva de manera geométricay se refina con respecto a las formulaciones previas, proporcionando las herramientas necesarias para sugeneralización al caso con constante cosmológica positiva.

En este trabajo se presenta el uso de la termografía infrarroja para desarrollo de ensayos no destructivos enfocados a la detección y caracterización de grietas y la medida de la difusividad térmica de materiales en movimiento.La técnica de termografía modulada permite medir la resistencia térmica y caracterizar el ancho de la discontinuidad que se genera en la interfaz vertical entre dos materiales con diferentes propiedades térmicas, y la técnica de termografía de haz móvil, la cual permite caracterizar una grieta presente en un material que se mueve a velocidad constante.La caracterización de la difusividad térmica se realiza con termografía de haz móvil y es aplicada a una amplia variedad de materiales, desde aislantes térmicos hasta conductores térmicos de diferentes espesores que se mueven a velocidad constante. Todas estas propuestas experimentales fueron probadasen materiales calibrados obtenidos buenos resultados. Las técnicas propuestas en este trabajo pueden ser usadas en la inspección y control de calidad a nivel industrial.

En esta tesis doctoral ha consistido en un estudio de la simetría magnética y de los grupos espaciales y superespaciales magnéticos desde un punto de vista práctico, orientado al desarrollo de herramientas teóricas que faciliten el estudio, descripción y determinación de estructuras magnéticas y sus propiedades. Esta tesis doctoral pretende demostrar la conveniencia e idoneidad del uso de la simetría magnética en la determinación de estructuras magnéticas como metodología útil y complementaria al tradicional representation method, demostrando que a menudo resulta imprescindible para un análisis completo y riguroso. Como resultado, se han creado 11 programas informáticos que incluyen bases de datos y programas interactivos que permiten, entre otras cosas, explorar todas las posibles estructuras magnéticas compatibles con los datos experimentales disponibles, haciendo uso de forma consistente de su simetría magnética, así como obtener la forma restringida por simetría de sus propiedades tensoriales y las posibles estructuras equivalentes asociadas a dominios, junto con sus propiedades tensoriales de conmutación. Es de esperar que el uso de la simetría magnética de la forma aquí descrita y la utilización de los programas desarrollados faciliten la búsqueda de materiales multiferroicos y magnetoeléctricos, cuyas propiedades son objeto de un creciente interés científico y tecnológico.

The thesis deals with the effect that microstructural defects have on the magneticproperties and martensitic transformation in Ni-Mn-Z (Z = Ga, In, Sn)and Ni-Fe-Ga alloys. For this purpose, along with the standard characterizationtechniques, two additional specific nuclear techniques have been employed; 119SnMössbauer Spectroscopy and Positron Annihilation Lifetime Spectroscopy, PALS.For the consecution of this thesis one PALS spectrometer has been designed, builtand optimized. For offline emission Mössbuauer experiments, a setup has been alsobuilt for measuring ion implanted samples. Finally, a high temperature annealingfurnace has been designed and built to carry out the annealing of powdered samplesunder controllable atmosphere.

Las baterías se consideran un elemento clave para la descarbonización de nuestra sociedad. Las baterías de litio-ion dominan actualmente el mercado de los dispositivos portátiles y de los vehículos híbridos y eléctricos gracias a su ligereza y a su extraordinaria densidad y rendimiento energéticos. Sin embargo, la creciente demanda de litio y el inestable contexto mundial hacen que aumente la preocupación por su disponibilidad y precio, por lo que las baterías de sodio-ion han generado mucho interés en los últimos años. La abundancia y el bajo coste del sodio lo convierten en una atractiva alternativa al litio. Además, aparte de su gran abundancia, el sodio está bien distribuido por toda la Tierra, lo que reduce considerablemente el impacto económico y geopolítico. El material del cátodo es el componente clave de la batería, ya que es el que más influye en el rendimiento final de la misma y en su coste. El material catódico seleccionado debe proporcionar una rápida inserción/extracción del catión móvil y una capacidad reversible estable. Además, el material de cátodo ideal debería poseer una alta capacidad específica y ofrecer un alto potencial. Se han desarrollado continuamente un gran número de químicas diferentes con numerosos análogos que pueden aplicarse con éxito tanto a las baterías de iones de litio como a las de iones de sodio. Sin embargo, el aumento constante de la demanda de mayor rendimiento y sostenibilidad exige el desarrollo de nuevos materiales mejorados.El objetivo de esta tesis es identificar nuevos materiales catódicos que puedan ser utilizados en baterías recargables de Li-ion y Na-ion. El reto es encontrar nuevos compuestos que puedan mejorar tanto la capacidad específica como el voltaje. Por ello, esta tesis responde a las necesidades actuales de desarrollo de materiales avanzados para baterías. En la búsqueda de nuevos materiales para electrodos pueden aplicarse dos enfoques diferentes. El primero es el diseño de nuevos materiales no reportados, y el segundo implica la revisión de estructuras ya conocidas con características compositivas y estructurales atractivas (o que requieran pequeñas modificaciones compositivas) necesarias para materiales de electrodos cuyo rendimiento electroquímico aún no ha sido evaluado. En nuestro trabajo, decidimos aplicar el segundo enfoque. El diseño de los nuevos materiales catódicos se basa en la modelización computacional y la metodología experimental. Para la parte computacional, la estrategia empleada en este trabajo consiste en utilizar el método Bond Valence Energy Landscape (BVEL) para seleccionar estructuras de las bases de datos de materiales que presenten vías de migración adecuadas para el Na y/o el Li. Desarrollamos una metodología para examinar las bases de datos de materiales como Inorganic Crystal Structure Database (ICSD) o Crystallographic Open Database (COD) utilizando un enfoque de alto rendimiento basado en los cálculos del Bond Valence Energy Landscape (BVEL) para identificar los materiales que podrían ser buenos conductores iónicos de Li+/Na+ y que podrían ser aplicados como electrodos y electrolitos de estado sólido. Se analizaron 2736 entradas de compuestos de Na de la base de datos ICSD (versión 2013) utilizando estos cálculos BVEL. A través de esta lista de compuestos, se buscaron estructuras que presentaran una vía de migración 3D con energías de migración inferiores a 1.5 eV, que pudieran incluir un metal de transición 3d y con una masa molar relativamente baja para no penalizar la capacidad esperada.Basado en esa estrategia, seleccionamos dos familias de compuestos, los nitrofosfatos CUBICON de fórmula general Na3-nM1+n(PO3)3N y los fluoruros de granate de fórmula general Na3Li3MIIIF12, para los que se predijeron vías de migración 3D para el Na+ con Em = 1.08 eV (M = Al, n=0), Em = 0.81 eV (M = Mg, n=1) y Em = 0.58 eV (M = V), respectivamente. La primera familia, los nitrofosfatos CUBICON, tienen una capacidad teórica que varía desde ~65 mAh.g-1 para la eliminación de un Na+ del Na3MIIIP3O9N hasta ~130 mAh.g-1 para dos Na+ eliminados del marco Na2MII2P3O9N. En el caso del Na3MIIIP3O9N, la capacidad puede duplicarse utilizando dos pares redox del metal de transición. Como primera elección para el trabajo experimental, se seleccionó el vanadio como metal de transición, ya que se espera que ofrezca un alto voltaje de trabajo y proporcione una gran capacidad gracias al uso de los pares redox VIII/IV y VIV/V, como en NASICON Na3V2(PO4)3. Luego, centrándonos en los metales 3d de bajo coste y abundantes en la tierra, se seleccionaron el hierro y el manganeso como metales de transición divalentes. Aunque es un elemento menos popular debido a su mayor coste y a la ética de la minería, la sustitución por cobalto suele tener un efecto beneficioso al elevar la tensión de trabajo y mejorar la ciclabilidad, por lo que también se incluyó este metal en la investigación.Se establecieron los protocolos de síntesis para sintetizar AI3MIIIP3O9N donde A=Na/Li y M=V, AI2MII2P3O9N donde A = Na/Li, M= Fe, Co, Mn y Na3Li3MIIIF12. donde M= V, Ti, Fe; y se llevó a cabo su exhaustiva caracterización e implementación en celdas electroquímicas prácticas para validar sus prestaciones como potenciales materiales catódicos. Nuestros resultados muestran que el rendimiento electroquímico de esta familia de materiales varía con la composición química.Los resultados más notables se obtuvieron para el CUBICON Na3VP3O9N, cuyo potencial de trabajo resultó ser muy elevado, 4.0 V frente a Na+/Na0 y 4.1 V frente a Li+/Li0, siendo el mayor voltaje de operación para el par redox VIV/VIII junto con Na7V3(P2O7)4. Basándose en los cálculos DFT, se impide la extracción de más de un catión de sodio porque se predice que el potencial del par redox VIV/V está más allá de la ventana de estabilidad de voltaje de los electrolitos disponibles hasta ahora. Además, presentamos el éxito del intercambio iónico completo en Li3V(PO3)3N con la actividad electroquímica del par redox VIV/VIII centrada alrededor de 3.9 V frente a Li+/Li0.Centrándonos en los nitrofosfatos divalentes, presentamos que el Na2Fe2(PO3)3N ofrece una capacidad estable de 60 mAh.g-1 frente al Li+/Li0 en configuración de iones híbridos con un voltaje medio de 3 V frente al Li+/Li0, lo que indica unas prestaciones mejoradas en comparación con las publicadas hasta ahora (capacidades de ~40 mAh.g-1 y alta polarización). La falta de resultados anteriores frente al Na metal sugería una extracción/inserción infructuosa de los iones Na+ dentro de la estructura, sin embargo, aquí demostramos la movilidad estable, aunque limitada, de ~0.55 iones Na+ a 2.9 V frente al Na+/Na0 mientras se cicla el Na2Fe2(PO3)3N frente al Na metal. Otro aspecto destacado de esta parte fue la síntesis exitosa de Na2Co2(PO3)3N por primera vez. Los estudios termogravimétricos de ambos miembros - NaFe2(PO3)3N y Na2Co2(PO3)3N revelaron una notable estabilidad térmica. Además, descubrimos una nueva familia de nitrurofosfatos de manganeso alcalinos A1.1Mn2.9P3O8N2 (A = Na/Li) que cristalizan en una estructura ortorrómbica, lo cual es, hasta donde sabemos, el primer informe de una síntesis directa de un nitrurofosfato de metal de litio. Los cálculos DTF predijeron la actividad del par redox MnII/III a un potencial compatible con los electrolitos orgánicos comunes (3.25 V frente a Na+/Na0 y 3.30 V frente a Li+/Li0), sin embargo, según las pruebas experimentales realizadas, no se logró la extracción de sodio y litio de estas estructuras. Los cálculos BVEL revelaron valores muy elevados de energías de percolación (>4 eV) indicando una difícil difusión de los cationes alcalinos dentro de la estructura, muy probablemente como resultado de la presencia de estrechos cuellos de botella en el curso de las vías de difusión de los cationes alcalinos.Pasando a la segunda familia, fluoruros, comenzamos por los fluoruros de grenate de fórmula general Na3Li3MIIIF12. Dentro de la estructura de estos compuestos, tanto el Li como el Na ocupan sitios cristalográficos distintos (Na en 24c y Li en 24d), y se espera que ambos sean móviles dentro de la estructura. La energía de migración BVEL calculada considerando sólo los iones de Na como especies móviles resultó ser relativamente baja (Em = 0.70 eV), lo que sugiere una fácil eliminación de estos iones alcalinos de la estructura. Combinado con una capacidad teórica de ~130 mAh.g-1 considerando la inserción y/o extracción reversible de dos cationes alcalinos y un alto voltaje resultante de la electronegatividad F, estos materiales podrían ser atractivos materiales catódicos de Li-ion o Na-ion. Además de los compuestos reportados con Mn y V trivalentes, también decidimos explorar los compuestos basados en Fe, Ti y Co. Se espera que todos estos metales de transición trivalentes proporcionen un buen rendimiento electroquímico a través de las reacciones redox de los pares MIII/MII y MIII/MIV. Hasta donde sabemos, ninguno de estos compuestos ha sido probado previamente como material de electrodos. Se obtuvieron tres granates fluorados diferentes (Na3Li3MIIIF12 (M= V, Ti, Fe) mediante síntesis solvotérmica asistida por microondas (hierro y vanadio) y mecanosíntesis mediante molienda de bolas (los tres). Los intentos de sintetizar granates de manganeso y cobalto no tuvieron éxito. La respuesta electroquímica de los tres materiales de granate Na3Li3MIIIF12 (M= V, Ti, Fe) se ve probablemente obstaculizada por la conductividad electrónica intrínsecamente pobre de los compuestos de fluoruro. Sin embargo, la oxidación química del análogo de titanio conduce a la formación de una fase ortorrómbica de Na3Li(TiF6)2 que acomoda reversiblemente un Li+ a una tensión media de 3.1 V frente a Li+/Li0, siendo la tensión de trabajo más alta del par redox TiIII/IV. Por último, siguiendo con la exploración de nuevos compuestos de fluoruro con la ruta solvotérmica asistida por microondas, se estabilizaron tres fluoruros de vanadio en función de las condiciones de reacción, con especial interés por la fase VF3¿0.33H2O de tipo HTB que se reporta por primera vez. Aunque su tensión operativa centrada en torno a 2 V frente a Li+/Li0 impide su aplicación real como materiales de electrodos, estos compuestos ofrecen una capacidad reversible de >200 mAh.g-1 combinando las reacciones de intercalación y convergencia. En general, podemos confirmar que los cálculos BVEL de alto rendimiento pueden ser aplicados con éxito como una herramienta en la búsqueda de nuevos materiales para cátodos. Este método permite una rápida identificación de estructuras interesantes con atractivos rendimientos electroquímicos. Además, los resultados presentados en esta tesis demuestran que los compuestos basados en el N y el F todavía ofrecen un enorme espacio químico que debería ser explorado más a fondo para descubrir nuevos materiales de electrodos atractivos

Thermal energy storage (TES) is considered as a vital component for concentrated solar power (CSP) technology, which leads to cost-effective dispatchable electricity production. The commercial TES technology in CSP plants is based on a two-tank solution of molten nitrate salts. The binary inorganic salt which consists of a mixture of 60 wt% of NaNO3 and 40 wt% of KNO3, so-called ¿Solar salt¿, is used due to its suitable operating temperature range, high density, low vapor pressure, and relatively high heat capacity. While, its poor thermal conductivity is considered as the main drawback that requires a complicated heat exchanger design for a better heat transfer efficiency during the charge and discharge processes. Thus, it contributes to the increment of the levelized cost of electricity (LCOE) in CSP plants. However, for further reduction of the CSP costs, the efficiency of the whole system can be improved by enhancing the thermophysical properties of the molten salt as the specific heat capacity and thermal conductivity.Recently, the development of nanofluids based on molten salt with anomalous enhancements of those properties was identified as a promising approach. Even some enhancements were already reported in the literature, a big discrepancy of the results was observed due to several factors such as the enhancement mechanisms are still unknown, the complexity of the nanofluid preparation method, the determination of those properties, the initial state of the nanoparticles dispersion and its evolution with time.In this work, we present an optimized simple dry method for the preparation of nanofluids to obtain a homogeneous dispersion of nanoparticles within the molten salt. In addition, to reveal the mechanisms of thermophysical properties and improve the dispersion stability, different type, shape, size and composition of the nanoparticles were used. For that purpose, monodispersed SiO2 and SiO2@Al2O3 core-shellnanoparticles were developed for the first time to prepare the molten salt-based nanofluids with improved stability compared to the commercial nanoparticles based nanofluids.Finally, the effect of adding nanoparticles in the molten salt on its corrosivity with the tank material is still needed to be explored. In the present work, we discovered new corrosion mechanisms related to the addition of the nanoparticles in the molten salts. In addition, a simple graphitization method was proposed as an anticorrosion method for molten binary nitrate salt with carbon steel.

En esta tesis se usan observaciones geométricas del universo para poner a prueba la viabilidad demodelos cosmológicos que describen la expansión acelerada del universo y restringir así el espacio deparámetros de dichos modelos. Estas observaciones se centran en el universo a gran escala para trazar sugeometría de fondo, o de manera equivalente de acuerdo con la Relatividad General, su contenidoenergético y/o material. La información que aportan se contrastan con nuevos modelos que se proponencomo alternativa a ¿CDM, el modelo cosmológico estándar de consenso. La teoría estadística con la queCDM, el modelo cosmológico estándar de consenso. La teoría estadística con la quese ponen a prueba los diferentes modelos respecto a las observaciones cosmológicas es en el marco de lainferencia Bayesiana, donde todos los modelos cosmológicos considerados se comparan entre ellosutilizando observaciones del fondo cosmológicos recientes.En la Parte I, repasamos la base teórica utilizada a lo largo de esta tesis, donde el capítulo 1 introudce laRelatividad General aplicada a la cosmología. En el capítulo 2 describimos de forma general cómo semiden las distancias en un universo en base a las referencias físicas que estén disponibles. En el capítulo3, la última parte de la introducción, explicamos la teoría estadística de la inferencia Bayesiana utilizadaen esta tesis. En la Parte II de la tesis se utilizan conjuntos de datos de observaciones cosmológicasrecientes para probar la viabilidad de ciertos modelos. En el capítulo 4, mostramos un posible modelodenominado materia-energía oscura unificada (UDM, unified dark matter-energy) que no solo podríaexplicar la expansión acelerada del universo como energía oscura, sino que también explicaría lacomponente de materia oscura observada. En el capítulo 5, constreñimos otro modelo UDM donde elfluido exótico puede estar representado por un campo escalar. La parte III de la tesis se centra en datosque simulan posibles futuras observaciones. En el capítulo 6, simulamos unas posibles observaciones queconsisten en medir la deriva cósmica del redshift de objetos lejanos, también llamado el test de Sandage-Loeb (SL), y analizamos sus capacidades de constreñir diferentes modelos. Finalmente, en el capítulo 7de la Parte IV se presentan las conclusiones y comentarios finales de la tesis.

Las aleaciones con memoria de forma (SMA: Shape Memory Alloys) presentan unatransformación martensítica termoelástica que les confiere las propiedades de Memoria deForma (MF) y efecto superelástico (ES). Esta transformación es reversible y se define porcuatro temperaturas: Ms (martensite start) y Mf (martensite finish) durante el enfriamiento, y As(austenite start) y Af (austenite finish) durante el calentamiento. Estas propiedades pueden serutilizadas para generar una fuerza o movimiento (MF) y almacenar energía (ES) razones por lascuales las SMAs son denominadas materiales inteligentes. Hasta ahora se ha prestado muy pocaatención al desarrollo de SMAs con muy bajas temperaturas de transformación que permitanexplotar sus potenciales aplicaciones a temperaturas criogénicas. Es por ello, que a partir delconocimiento de las aleaciones de Cu-Al-Ni y Cu-Al-Be se ha elaborado una nueva familia dealeaciones cuaternaria de Cu-Al-Ni-Be y posteriormente sus correspondientes monocristalesque transforman hasta por debajo del nitrógeno líquido. A continuación se han caracterizado suspropiedades térmicas a partir de ensayos de DSC y resistividad a bajas temperaturas, técnicaque ha sido desarrollada en el marco de este trabajo. Las propiedades mecánicas se hancaracterizado mediante ensayos de deformación bajo carga y superelásticos. Por último, se harealizado la caracterización microestructural mediante ensayos de calentamiento-enfriamientoin-situ en el microscopio óptico y en el microscopio eléctronico de barrido.

En esta tesis se han explorado posibles extensiones del Modelo Estándar de la Cosmolog¿¿a. Hemosobtenido las predicciones teóricas de los modelos considerados y sus principales caracter¿¿sticas. Losresultados presentados están basados en tres proyectos principales en los que he participadoconjuntamente con mi supervisora, Mariam Boudmadi López, y otros colaboradores. Estos proyectosenfocan tres áreas diferentes de investigación en la Cosmolog¿¿a actual: teor¿¿as métricas de gravedadmodificada tipo f(R) y modelos de energ¿¿a oscura (EO) dinámica descrita por campos de 3-forma.Asimismo, en esta tesis hemos considerado la Cosmolog¿¿a Cuántica en el contexto del Universoprimordial. Además, tal como sugiere el titulo, en esta tesis el foco principal se ha centrado en untratamiento puramente teórico de los diferentes modelos considerados. Esta tesis está dividida en cincopartes principales. En la Parte I se introducen los principales conceptos de la Cosmología actual,juntamente con los métodos y observables cosmológicos usados para caracterizar los diferentes modelosanalizados. La Parte II se centra en la evolución del Universo tard¿¿o y está dividida en dos cap¿¿tulos. Enel primero se presentan los resultados de un modelo en que la EO y la radiación oscura son descritas pormodificaciones de la gravedad del tipo f(R). En el segundo se estudián modelos de EO descrita por uncampo de 3-formas que interacciona con la materia oscura. En la Parte III, se estudian los efectos deépocas pre-inflacionarias en el espectro de potencias primordial en modelos inspirados por el formalismode la Tercera Cuantización. Finalmente, en la Parte IV se presentan las conclusiones y comentariosfinales de la tesis y en la Parte V se incluyen los apéndices con una revisión de la teor¿¿a de lasperturbaciones cosmológicas lineales y con cálculos y resultados auxiliares.

En este trabajo, hemos utilizado métodos computacionales para estudiar las primeras etapas de lanucleación del C-S-H a escala atómica. El cemento es el material de construcción más utilizado en elmundo, y el gel C-S-H es la fase más importante del cemento, ya que influye en la velocidad dehidratación y en el desarrollo de la microestructura del cemento. Sin embargo, muchas cuestiones sobre lanucleación del C-S-H a escala atómica siguen sin respuesta. Para abordar esta cuestión, hemos exploradodos hipótesis principales para la formación del C-S-H: la nucleación del C-S-H a partir de una monocapade portlandita, y la formación del C-S-H mediante clusters de prenucleación (PNCs) a partir de lasprincipales especies en disolución.En general, nuestra investigación ha proporcionado nuevos conocimientos sobre los mecanismos quesubyacen a la nucleación de C-S-H, y ha puesto de relieve la importancia potencial de las PNC en esteproceso. Estos hallazgos podrían tener importantes implicaciones para el diseño y optimización demateriales basados en cemento, y podrían guiar futuros estudios experimentales y computacionales sobrela nucleación de C-S-H. Además, nuestro trabajo ha demostrado la utilidad de los métodoscomputacionales para estudiar los procesos a escala atómica implicados en la hidratación del cemento, yha puesto de manifiesto el potencial de los algoritmos evolutivos para explorar la estructura de lasagrupaciones C-S-H. Sin embargo, es necesario seguir investigando para comprender plenamente el papelde los PNCs en la formación del C-S-H, y para determinar la importancia relativa de los diferentesmecanismos que pueden estar implicados en la nucleación del C-S-H.

La Teoría de Cuerdas es uno de los candidatos principales a unificar todas las interacciones de lanaturaleza bajo un único marco. Sin embargo, una de sus principales características es que requiere lacompactificación de varias dimensiones extra para poder ser fenomenológicamente consistente. En eseproceso, se genera un potencial llamado ¿Paisaje¿, cuyos mínimos o vacíos representan configuracionesestables de la geometría compacta del espacio. El objetivo principal de esta tesis es estudiar esos vacíosteniendo en cuenta múltiples consideraciones fenomenológicas, particularmente desde una perspectivacosmológica. En la primera parte de la tesis, hemos explorado las características de estos vacíos desde unpunto de vista completamente analítico usando los ingredientes fundamentales de la teoría. En la segundaparte, analizamos los fenómenos cosmológicos que pueden darse en Paisajes formados por funcionesaleatorias que imitan la complejidad de este potencial, así como procesos de efecto túnel entre mínimosque requieren flujos y membranas. De esta manera, hemos podido hacer un análisis de este interesantepotencial desde diversos puntos de vista frecuentemente investigados en la literatura actual.

Las aleaciones con memoria de forma son conocidas como SMA por sus siglasen inglés (Shape Memory Alloys) y se caracterizan por tener una transformaciónmartensítica con dos propiedades principales: memoria de forma y efecto superelástico.En la memoria de forma, un objeto en su fase martensita de baja temperatura puede serdeformado fácilmente. Cuando el material se calienta y se forma la fase austenita, estarevierte todas las deformaciones que se habían inducido sobre la martensita. Por otraparte, en el efecto superelástico, los materiales en la fase austenita de alta temperaturapueden ser sometidos a deformaciones muy elevadas que se recuperan totalmente alretirar las tensiones aplicadas. Estas dos propiedades pueden aprovecharse activamentepara generar una fuerza (con la memoria de forma) o para almacenar energía (con elefecto superelástico), lo que convierte a las SMA en materiales inteligentes.A la vista de la gran variedad de las aplicaciones de las SMA, se ha realizado untrabajo en el que se exploran diferentes campos relacionados con este tipo de aleacionesinteligentes:- Las SMA del sistema Cu-Al-Ni han demostrado tener unas muy buenaspropiedades. Aunque son aleaciones frágiles en su estado policristalino, alcanzanvalores muy elevados de deformación superelástica en estado monocristalino. En estetrabajo, se han diseñado, elaborado y caracterizado (tanto la microestructura como laspropiedades termomecánicas) SMA cuaternarias monocristalinas para aplicaciones amedia y baja temperatura basadas en el sistema del Cu-Al-Ni, al que se le ha añadido uncuarto elemento: Ga, Be, Au o Mn.- Las SMA del sistema binario Ni-Ti son la aleación más utilizadacomercialmente, pero por lo general para aplicaciones a temperaturas inferiores a los100 ºC. Por lo tanto, existe un interés por el desarrollo de nuevas aleaciones basadas enel sistema Ni-Ti para aplicaciones a alta temperatura, como es la aleación Ni-Ti-Hf. Sehan caracterizado SMA de alta temperatura de Ni-Ti-Hf producidas por métodosindustriales para diferentes aplicaciones tecnológicas. Se han estudiado las fasespresentes y se ha observado la transformación martensítica y los procesos de relajaciónmediante la espectroscopía mecánica.- Además, se ha desarrollado una metodología para la producción depiezas 3D de Cu-Al-Ni con memoria de forma y efecto superelástico mediante técnicasde fabricación aditiva: fusión por laser sobre cama de polvo (SLM) y deposición laser(LMD).

Esta tesis engloba un detallado estudio de las propiedades térmicas y magnéticas de hasta cinco familias de compuestos intermetálicos basados en tierras raras. En particular, este trabajo se centra en el estudio del comportamiento crítico de sus transiciones de fase y en la evaluación de su efecto magnetocalórico, explorado el potencial de ambos análisis. Uno de nuestros objetivos a través de este estudio es observar el efecto que la sustitución de diferentes elementos (tierras raras especialmente, pero no exclusivamente) tiene sobre las propiedades de los compuestos, y más concretamente, cómo esto afecta al comportamiento crítico o cómo estas sustituciones pueden ser utilizadas para potenciar y afinar el efecto magnetocalórico dentro de una misma familia intermetálica. Se han analizado un total de 33 muestras pertenecientes a las siguientes familias: RTX, R3CoNi, R3T, R6TX2 y RFe2 (con R = Tierra rara, T = metal de transición, X = elemento del bloque p). Todas estas familias tienen un gran interés, tanto desde el punto de vista científico como desde el de su aplicación, ya que, gracias a su efecto magnetocalórico, estos materiales podrían ser empleados como refrigeradores magnéticos, más eficientes y ecológicos que los refrigeradores actuales basados en la compresión de gases que son nocivos para el medio ambiente.

Júpiter, el mayor planeta del Sistema Solar, presenta una atmósfera permanentemente cubierta por nubes donde se desarrollan una gran variedad de fenómenos atmosféricos. El estudio de la dinámica atmosférica de Júpiter proporciona información sobre el desarrollo de fenómenos meteorológicos bajo condiciones diferentes a las encontradas en la Tierra. Las tormentas convectivas son un fenómeno habitual en Júpiter, y se sospecha que juegan un papel fundamental en su dinámica atmosférica. En esta tesis se ha abordado el estudio de tormentas convectivas en Júpiter. Por un lado, se han estudiado las características y la evolución de varias tormentas convectivas desencadenadas en el interior de ciclones en 1979, 2018, 2020 y 2021 mediante el análisis de observaciones provenientes de varias fuentes de datos y su modelización numérica con el modelo de circulación general Explicit Planetary Isentropic-Coordinate (EPIC). La comparación relativa entre las energías involucradas en las tormentas simuladas muestra una relación entre la energía liberada por la tormenta y el tamaño del ciclón en el que se desencadena. Por otro lado, se ha estudiado el comienzo y la evolución inicial de tormentas convectivas en Júpiter bajo diferentes condiciones atmosféricas. Para ello se ha actualizando el núcleo dinámico del modelo convectivo tridimensional de mesoscala Anelastic Model of Moist Convection. Los resultados muestran que bajociertas circunstancias es posible el desarrollo de tormentas convectivas vigorosas capaces de llegar hasta altos niveles de la atmósfera.

In addition to human error, manufacturing tolerances for blades and hubscan cause pitch angle misalignment in wind turbines. Consequently, asignificant number of turbines used by existing wind farms experiencepower production losses and reduced turbine lifetime. Existingtechniques, such as photometric technology and laser-based methods,have been used in the wind industry for field pitch measurements.However, in some cases the conventional techniques have difficultyachieving accurate measurements of pitch angle settings, resulting inpitch angle errors that require cost-effective correction at wind farms.Here, the author presents a novel patented method based on laser scannermeasurements, which has been applied and has achieved successfulimprovements in the annual energy production of various wind farms.This technique is a benchmarking-based approach for pitch anglecalibration. Three case studies are introduced to demonstrate theeffectiveness of the pitch angle calibration method to yield increases inannual energy production.

All solid-state Li-ion batteries present key technological advantages that position them as a promising alternative to State-of-the-Art liquid electrolyte-based batteries, namely a wider electrochemical stability window, low toxicity, and hindered Li dentrite formation. These directly impact on the energy density, environmentally friendliness and safety, respectively. Importantly, all solid-state configurations also allow downscaling the whole battery to micrometric thin film components, paving the way towards the fabrication of compact microbatteries for low power energy supply. In this thesis, an all solid-state high voltage Li-ion thin film battery comprised of LiNi0.5Mn1.5O4 cathode, a LiPON solid electrolyte, and a metallic lithium anode has been developed, supported on high-value stainless steel current collector substrates. Growing parameters, individual film properties and issues related to the internal solid-solid interfaces are deeply analyzed.

Esta Tesis explora los límites en la aplicación de microondas cuánticas propagantes para comunicación ysensórica cuántica, así como el diseño de nuevos aparatos y protocolos para combatir estas limitaciones.Nos servimos de estados cuánticos Gaussianos para teleportación cuántica e iluminación cuántica, yestudiamos cómo mejorar estos protocolos utilizando destilación de entrelazamiento y purificaciónparcial, respectivamente. La Tesis se centra en la distribución de entrelazamiento por el aire, y sigue lospasos de generación de estados dentro de un criostato, adaptación de impedancias entre el criostato y elaire con una nueva generación de antenas coplanares, y propagación por el aire, en el marco actual de lastecnologías de microondas. También tratamos las dificultades producidas por pérdidas y medidasineficientes, y exploramos una extensión hacia comunicación cuántica entre satélites, donde analizamoslos efectos de la difracción y las turbulencias, especialmente cómo estas últimas afectan a las señales enel rango óptico. Concluimos con el estudio de la teleportación de información cuántica en una red de árealocal cuántica. En resumen, esta Tesis contribuye al desarrollo de la comunicación inalámbrica conmicroondas en el régimen de microondas, estudiando sus limitaciones y cómo vencerlas. Aun así, aún setrata de una tecnología emergente, y queda mucho trabajo por hacer para que llegue a ser competitiva.

En esta tesis se estudian varios fenómenos meteorológicos que tienen lugar en la atmósfera de Marte con imágenes de la cámara VMC de Mars Express. Otros instrumentos que vuelan en misiones en órbita de Marte se utilizan como soporte. Como parte de la tesis, se han desarrollado nuevas metodologías de trabajo que han implicado la operación de VMC, su calibrado, y la preparación de pipelines de procesado de datos.Los fenómenos meteorológicos que se estudian en esta tesis son tres: 1. Las nubes crepusculares noctilucentes en Marte. 2. La nube elongada de Arsia Mons (AMEC). 3. La gran tormenta global de Marte de 2018 en su penetración hacia la región polar sur.Como parte de la tesis se ha desarrollado el primer estudio sistemático de nubes noctilucentes en Marte, determinando por primera vez su distribución geográfica y temporal. También se ha descrito por primera vez en la literatura científica la AMEC, un fenómeno meteorológico extraordinario para el que también se ha dado un principio de explicación con la ayuda de un modelo numérico de mesoescala. El estudio de esta nube de origen orográfico ha llevado a conclusiones novedosas sobre la formación de nubes orográficas en Marte. Por último, el estudio de la gran tormenta de 2018 muestra vientos del vórtice polar sur que no son enteramente coincidentes con los predichos por los modelos de circulación general.

El descubrimiento de los aislantes topológicos a finales del siglo pasado y comienzos del actual marcó unantes y un después en la física del estado sólido. Desde entonces, la comunidad científica ha dedicado unintenso esfuerzo a entender la naturaleza de las fases topológicas y a la detección de estas en sistemascristalinos, conocidos ampliamente como materiales topológicos. El gran interés atraído por esta familiade materiales se debe, en gran medida, a su aplicación potencial en el desarrollo de nuevas tecnologías encampos prometedores como la computación cuántica, la espintrónica o los superconductores.Como consecuencia del esfuerzo intensivo dedicado al estudio de los materiales topológicos durante lasúltimas décadas, se ha desarrollado un amplio conocimiento de la naturaleza de esta familia de materiales.En particular, el formalismo conocido como Química Cuántica Topológica (TQC, por sus siglas eninglés) proporciona una descripción matemática de las fases topológicas realizables en cualquier grupo desimetría cristalina. Sirve, además, como base para métodos sistemáticos de predicción y análisis demateriales topológicos. De hecho, la combinación entre simulaciones basadas en la Teoría del FuncionalDensidad (DFT, en inglés) y TQC ha dado lugar a la predicción teórica de un gran número de materialestopológicos, demostrando que los aislantes topológicos son más comunes de lo que se pensaba.A pesar del rápido avance de este moderno campo de estudio, el conocimiento sobre materialestopológicos adquirido durante las últimas décadas se basa, principalmente, en la aproximación deelectrones independientes. De hecho, el formalismo TQC y otros métodos de análisis de propiedadestopológicas basados en el cálculo de fases de Berry o invariantes topológicos, parten de la hipótesis deque la interacción Coulomb entre electrones es débil. Sirve como reflejo de esta limitación el hecho deque el número de fases topológicas predichas teóricamente y/o observadas experimentalmente sea muchomenor en materiales donde los electrones interactúan fuertemente entre ellos.La similitud de este impás con el caso de electrones independientes descrito anteriormente nos motiva apensar que una posible solución pasa por el desarrollo de un método análogo a TQC para el caso demateriales de interacción electrónica fuerte. Este es uno de los objetivos de la presente tésis doctoral:estudiar la aplicabilidad y extensión de TQC a materiales interactuantes.

Las cuerdas cósmicas son defectos topológicos que podrían haberse creado en una transición de fase en eluniverso primigenio. La dinámica de las redes de cuerdas cósmicas se ha estudiado por medio de dostipos diferentes de simulaciones: o bien resolviendo numéricamente las ecuaciones de movimientocompletas en teoría de campos, o bien adoptando la aproximación de Nambu-Goto. La discrepancia másrelevante entre estos dos grupos de simulaciones es que en teoría de campos no se encuentran non-selfintersectingloops, contrariamente a lo que ocurre en las simulaciones Nambu-Goto. Esta tensión podríadeberse a la presencia de excitaciones internas en las cuerdas de la red en las simulaciones de teoría decampos. En esta tesis se han estudiado a fondo estas excitaciones para kinks, domain walls y vórtices ycuerdas globales. Estos modos se excitan en contextos cosmológicos y son extremadamente duraderos, yen el caso de defectos extensos, pueden dar lugar a la amplificación resonante de desplazamientostransversales de los mismos. Sin embargo, estos efectos parecen ser solo transitorios. Por último, se hademostrado que los loops en simulaciones de teoría de campos se mueven como predice la acción deNambu-Goto excepto en regiones de alta curvatura.

Esta tesis profundiza en el desarrollo e implementación de algoritmos cuánticos utilizando el paradigmadigital-analógico cuántico computacional (DAQC). Proporciona un análisis comparativo del rendimientode DAQC frente a los enfoques digitales tradicionales, particularmente en presencia de fuentes de ruidode los dispositivos cuánticos de escala intermedia ruidosos (NISQ) actuales. El paradigma DAQCcombina las fortalezas de la computación cuántica digital y analógica, y ofrece mayor eficiencia yprecisión para implementar algoritmos cuánticos en hardware real. La tesis se centra en la comparaciónde cuatro algoritmos cuánticos utilizando enfoques digitales y analógico-digitales, y los resultadosmuestran ventajas significativas a favor de estos últimos. Además, la tesis investiga el efecto deresonancia cruzada para lograr simulaciones hamiltonianas eficientes y de alta precisión. Los hallazgosindican que el paradigma digital-analógico es prometedor para aplicaciones prácticas de computacióncuántica. Su capacidad para ofrecer mayor eficiencia y precisión en la implementación de algoritmoscuánticos en hardware real es una ventaja significativa sobre los enfoques digitales tradicionales.

This thesis proposes the design and development of novel mixed metal oxides as thermochemical material for application in thermal energy storage and especially as active thermal barrier coating. The development of this type of tailor-made materials could help on the one hand the penetration of renewable energy sources in the society and on the other hand, the protection of a wide variety of materials used in high temperature industrial processes. Starting from pure metal oxide (Co3O4), the research work has focused on different aspects such as i) the modification of the material through the synthesis of different mixed oxides in order to tune the working temperature; ii) the improvement of the cyclability by using different types of additives and the kinetic study of these doped materials; and iii) the novel application as an active thermal barrier coating. This application is a new concept in which the coating formed by the thermochemical material dampens through redox reactions (endothermic and exothermic) the temperature variations suffered by a metallic component exposed to high and fluctuating temperatures.

This common core-halo structure is hard to understand for standard heavy particledark matter where featureless, concentrated profiles are predicted, whereas darkmatter as a Bose-Einstein condensate, ¿DM, naturally accounts for the observedprofiles, predicting a dense soliton core in every galaxy surrounded by a tenuoushalo of interfering waves. We show that the stellar profiles of the well studied"dwarf Spheroidal" (dSph) class, and also the equally numerous "ultra faint dwarfs"(UFD) are accurately fitted by the core-halo structure of ¿DM, suggesting two bosonspecies which are reinforced by parallel relations seen between the central density andradius of UDF and dSph dwarfs respectively, which both match the steep prediction,¿c ¿ R¿4 c , for soliton cores in the ground state. Here we also compare these stellarprofiles with hydrodynamical simulations where the previously observed core-halostructure is predicted to be visible in the ¿DM context, but not for CDM.

Plastic Crystals are pointed out as potential solid-solid based Phase Change Materials for low-medium temperature applications. Their main drawback, the subcooling, has been assessed in this thesis in terms of basics understanding and approaches for its mitigation. The plastic phase of these materials consists of a highly orientationally disordered solid phase, in which the molecules are fixed inside the unit cell. The high freedom of motion of protons in such a solid phase, prevent the plastic crystals from reorganize the hydrogen bonds and undergo the plastic-to-crystalline phase transition. Processing of the materials, dispersion of dopant agents and application of pressure were the three approaches separately tested in order to minimize the subcooling, reaching a reduction up to a 69% for the material processing by ball milling.

La tesis se enfoca en estudiar y construir memorias cuánticas contextuales, consistentes en unacodificación de información clásica en sistemas cuánticos mediante sus observables. Para ello, se realizauna revisión de la teoría de información cuántica y se ahonda en métricas para un paradigma de múltiplesbases de medición, donde cada una es una posible elección de extracción parcial, y la totalidad deinformación disponible es convertida en una métrica de rendimiento sobre este tipo de algoritmos.Posteriormente se modelan escenarios de memorias cuánticas contextuales de complejidad creciente y secomputan sus respectivas métricas de información disponible, observando el nivel de saturación dellímite de Nayak. El escenario de mayor rendimiento es trasladado a dos implementaciones, en 8 y 14qubits, respectivamente. La primera consistió en una colaboración con un grupo de altas energías, en laque se codificó información de IceCube, el telescopio de neutrinos del Polo Norte, en estados cuánticosproducidos con circuitos superconductores de IBM-Qiskit, permitiendo extraer fragmentos de lainformación para predecir el sabor del neutrino incidente. La segunda implementación desarrollóherramientas para codificar información sin estructura en sistemas con una escala mayor.

Esta tesis tiene como objetivo explorar la termografía infrarroja con excitación óptica focalizada para estudiar la difusividad térmica en el plano y para la caracterización de grietas. Por un lado, se investiga la difusividad de todo tipo de materiales, midiendo muestras estáticas y también muestras en movimiento a velocidad constante. Se usa tanto iluminación continua como modulada, y los materiales investigados cubren un amplio rango de valores de conductividad, transparencia y grosor, incluyendo también el estudio de materiales anisótropos. Por otra parte, se utiliza iluminación modulada para caracterizar grietas calibradas con penetración infinita, con el objetivo de determinar su anchura y ángulo de inclinación, así como también para cuantificar la anchura y penetración de grietas finitas presentes en muestras reales.

All inorganic solid-state batteries (SSBs) are considered the batteries of the future because of their superior energy density and safety. Their commercialization is in its infancy since further understanding of the materials and processing aspects is still required. Here we propose an oxide-based SSB model comprising NMC+LATP+carbon composite cathode, LATP solid electrolyte, and Li metal anode able to potentially convey an energy density of >300 Wh/kg and >700 Wh/l. A review of existing processing techniques of the selected materials indicates the necessity of very high densification temperatures to assure sufficient ionic conductivity and mechanical stability. The electrode and electrolyte need to be co-densified to avoid interfacial contact resistance, but the components of the composite cathode react at these elevated temperatures. In this work, the composite cathode thermal compatibility is first studied to determine the tolerance of the system under temperature, considering also the heating atmosphere and the decomposition reaction mechanism. In a second step, mitigation strategies to overcome the threshold limits identified have been examined, such as the selection of the carbon conducting additive and the impact of other additives. On the other hand, the realization that the threshold temperature is much lower than the conventional processing temperature requires the exploration of alternative low-temperature densification techniques. Hence a high-pressure low-temperature (HPLT) technique has been identified and initially investigated for oxide-based ceramic solid electrolyte densification. Our results show that this technique enables a significant reduction of the processing temperature and time compared to conventional sintering. Finally, preliminary investigations indicate that with further exploration of the HPLT technique, the realization of the proposed SSB model should be possible, resulting in significant gains of processing consumed energy.

Esta Tesis se centra en el estudio de la Gran Mancha Roja de Júpiter (GRS, por sus siglas en inglés), su entorno y el Óvalo BA. En primer lugar, se analizan desde el punto de vista dinámico las interacciones que la GRS experimentó con una serie de vórtices en 2019. Mediante este análisis, se identifican las zonas de interés para su estudio mediante modelización de transporte radiativo. Se estudiaron un total de 13 regiones para el período de tiempo comprendido entre 2015 y 2021 empleando imágenes de la cámara WFC3 del Telescopio Espacial Hubble. En concreto, se analizan las propiedades de las nieblas y nubes para niveles de presión inferiores a 1 bar. Entre otras conclusiones, encontramos un colorante compatible con el agente más prometedor en la literatura. En cuanto al Óvalo BA, el cambio de color rojizo a blanquecino entre 2018 y 2019 es explicado por nuestro modelo con una reducción en la concentración de dicho agente colorante en el óvalo. Finalmente, se presenta una exploración de las condiciones microfísicas para la generación de aerosoles en la GRS, incluyendo el desarrollo de un código unidimensional que trata el transporte vertical de partículas.

Presentamos una teoría efectiva covariante para la gravedad cuántica de lazos en simetría esférica. Laprincipal característica del modelo es que las correcciones cuánticas se introducen de tal forma que elmodelo es explícitamente covariante. Además, se requiere que las modificaciones sean compatibles con laincorporación de materia con grados de libertad locales. Dichas correcciones se implementan a nivelhamiltoniano y se dotan de una descripción geométrica inequívoca: las diferentes soluciones en el espaciode fases corresponden a diferentes coordenadas de un mismo tensor métrico. La singularidad deSchwarzschild se resuelve completamente y este resultado se generaliza a agujeros negros casi neutros degran masa en un universo con una constante cosmológica positiva pequeña. Por lo tanto, la teoría efectivaproporciona una descripción completamente regular para los agujeros negros astrofísicos esféricos.

La tecnología actual de baterías de Li-Ion parece incapaz de llevar a cabo el salto necesario para el futurodesarrollo de baterías de litio. El uso de grafito como ánodo limita el rendimiento máximo de estasbaterías. Su sustitución por litio metal puro parece ser la mejor solución, llevando a las baterías de Li-Metal. Sin embargo, los electrolitos líquidos son demasiado inestables en contacto con un material tanreactivo. El uso de electrolitos poliméricos sólidos como alternativa ha atraído mucha atención, con elLiTFSI/PEO como el sistema referencia, pero mucha más investigación es necesaria para una producciónen masa de este tipo de tecnología. Mediante el uso de simulaciones de dinámica molecular y cálculosDFT, estudiamos las interacciones atómicas y moleculares que definen el comportamiento macroscópico.Identificando las interacciones más beneficiosas para mejorar tanto el rendimiento como la seguridad denuevos sistemas. Esta Tesis presenta una serie de estudios en los que se modifica la estructura del TFSI yde la matriz polimérica consiguiendo resultados esperanzadores en los sistemas propuestos comocomposición de la nueva era de baterías de Li-Metal basadas en electrolitos poliméricos sólidos.

Al medir el tiempo que toma un paquete de ondas en cruzar una regiónpotencial a través del efecto túnel el resultado es aparentementesuperluminal. La razón de esta medida paradójica se debe a que elpaquete se remodela en la barrera, de forma que no ha sido transmitidoa través de una única trajectoria.Existen definiones alternativas del tiempo de recorrido, como lademora espacial de Eisenbud-Wigner-Smith o el reloj de Larmor. Éstasson realmente instrucciones de cómo medir y, en el caso cuántico,obtienen resultados contradictorios. El uso de dispersión relativistano solo no resuelve estas contradiciones, si no que aparecen otrosresultados extraños, como un tiempo de recorrido negativo.

La detección cuántica ha atraído atención significativa por su potencial revolucionario en diversoscampos científicos y tecnológicos. El centro de nitrógeno-vacante (NV) en diamante destaca por sufacilidad de uso, capacidad de lectura por láser y largos tiempos de coherencia a temperatura ambiente.Sin embargo, los centros NV tienen dificultades para acoplarse a señales de alta frecuencia, requiriendocampos de control intensos que desafían las capacidades experimentales actuales. Esta tesis proponeprotocolos para resolver este problema mediante diversos métodos. Esto incluye Atajos a laAdiabaticidad, y secuencias basadas en la interacción ZZ. En primer lugar, se estudia la DobleResonancia Electrón-Electrón para detectar interacciones de espines de electrones A continuación sepresenta una secuencia para aumentar la eficiencia de transferencia de polarización para espinesnucleares. Adicionalmente se estudia cómo mejorar la espectroscopia de resonancia magnética nuclearbasada en NV. La tesis concluye con métodos para codificar parámetros en la fase y amplitud de señalesinducidas usando campos de RF desintonizados y la secuencia Lee-Goldburg 4, proporcionandosimultáneamente desacoplo de las interacciones dipolares.

En esta tesis se estudia la interacción entre los efectos de red, las transiciones de fase y la topología en la materia. Particularmente, se utilizan tres casos de estudio con el objetivo de mostrar diferentes formas en las que estos tres factores pueden interactuar. Primero, se analiza la posibilidad de que los efectos de red (fonones en este caso) presenten topología no trivial en una estructura monocapa denominada ¿buckled honeycomb lattice¿. Observamos que, aunque existe la posibilidad de que los fonones sean topológicos, los materiales reales que hemos analizado son topológicamente triviales. En un segundo estudio, investigamos el posible efecto de una transición de fase en el material monocapa SnP sobre la topología electrónica. Encontramos que la monocapa SnP posee una fase metaestable topológica. Sin embargo, el estado fundamental de este compuesto es trivial y está favorecido por los fuertes efectos anarmónicos. Finalmente, en un tercer proyecto, analizamos la transición de fase en una familia de metales kagome recientemente descubierta. Concluimos que la transición de fase está condicionada por el equilibrio entre dos efectos de red contrapuestos: el acoplamiento entre los fonones y los electrones y los fuertes efectos anarmónicos. Teniendo en cuenta estos ingredientes, predecimos con gran precisión la temperatura de la transición de fase, así como otras propiedades asociadas a la misma.