En este proyecto se propone investigar la fotoionización atómica y molecular en dos regímenes diferentes. El primero corresponde al impacto de pulsos laser ultra-cortos sobre átomos simples, para estudiar la ionización más allá del orden dipolar electromagnético. El segundo corresponde al cálculo de secciones eficaces de fotoionzación para átomos y moléculas de interés para aplicaciones en radioterapia, en el rango de energías de entre 1 eV y 18 MeV. El objeto de este segundo estudio es utilizar métodos avanzados de cálculo ab-initio para el tratamiento de la fotoionización, para contrastar con resultados experimentales en ese área de aplicación.

Palabra claves: fotoionización, radioterapia, procesos ultrarápidos

The proposal of this research is to study the atomic and molecular photoionization in two different energetic regimes. The first one corresponds to the impact of ultra-short laser pulses into simple atoms, to analyse the details of the ionization beyond the dipolar electromagnetic approximation. The second one is focused in the calculation of cross sections for photoionization of atoms and molecules of interest in radiotherapy treatments, for energies between 1 eV and 18 MeV. This part of the research aims to the use of advanced ab-initio methods for photoionization, and to compare these results with experimental data in the radiotherapy field.

Keywords: photoionization, radiotherapy, ultrafast processes

La información visual es procesada en una primera instancia a nivel de los fotoreceptores y luego es transmitida a las neuronas talamocorticales del núcleo geniculado lateral antes de ser retransmitida a la corteza visual primaria. En este proyecto se continúan las líneas de trabajo del proyecto anterior sobre aprendizaje en la corteza visual primaria sin mapas de orientación (1) y mecanismos iónicos del procesamiento de información sensorial en neuronas talamocorticales (4). Adicionalmente, se propone ampliar el estudio del procesamiento de información visual con dos nuevas líneas de trabajo: exploración del código neuronal involucrado en percepción visual (2) y modelado de la codificación en las primeras etapas del procesamiento en la retina (3).

Palabra claves: codificacion, dinamica, sistema visual

The visual information is first processed at the level of photoreceptors and then is transmitted to the thalamocortical neurons of the lateral geniculate nucleus, prior to its transmission to the primary visual cortex. In this project we continue the research lines of the previous project and we expanded the investigation of the information processing at the retina level: (1) Learning in the primary visual cortex; (2) Exploration of the neuronal code involved in visual perception; (3) Modeling of neural coding in photoreceptors; and (4) Ionic mechanisms of sensory information processing in thalamocortical neurons.

Keywords: coding, dynamics, visual system

El estudio general del transporte fuera del equilibrio de variedades elásticas (líneas, interfases, redes elásticas, etc.) en medios desordenados es relevante para entender el comportamiento universal observado experimentalmente en diversos sistemas de la materia condensada sometidos a campos externos, tales como paredes de dominio en materiales ferromagnéticos o ferroeléctricos, vórtices en superconductores, líneas de contacto de mojado, fracturas y ondas de densidad de carga. El presente proyecto tiene como objetivo general predecir y explicar teóricamente la universalidad observada experimentalmente en la respuesta ante campos externos de paredes de dominio magnéticas en film ferromagnéticos delgados, mediante modelos y simulaciones numéricas de interfaces elásticas en medios desordenados.

Palabra claves: DESORDEN, ELASTICIDAD, NOEQUILIBRIO

The general study of the non-equilibrium transport of elastic manifolds (lines, interfaces, periodic lattices, etc.) in random media is relevant for the understanding the universal behaviour experimentally reported in diverse condensed matter systems driven by external fields, such as domain walls in ferromagnetic or ferroelectric materials, vortices in superconductors, contact lines of liquids, fractures and charge density waves. The main goal of this project is to predict and explain the universality experimentally observed in the response of magnetic domain walls in thin film ferromagnets to external fields, using models and numerical simulations of elastic interfaces in random media.

Keywords: DISORDER, ELASTICITY, NONEQUILIBRIUM

El proyecto se orienta en el estudio y desarrollo de materiales nanoestructurados magnéticos en la forma de nanopartículas y nanohilos: fabricación, caracterización, medición de propiedades físicas, interpretación y modelado de los sistemas. Este estudio contribuirá a la comprensión de los mecanismos microscópicos de interacción magnética que determinan el orden magnético interno y los procesos de relajación en estos materiales en función de las anisotropías presentes, los efectos de superficie, la geometría del problema y las interacciones tanto entre las partículas o hilos como en la interfaz que pueda presentarse en estos sistemas. Por otra parte, la fabricación de las muestras implicará el desarrollo o mejoramiento de técnicas de síntesis tanto de nanopartículas que redundará en el desarrollo de nuevos materiales. El momento magnético ordenado presente en sistemas nanoestructurados tiene una dinámica diferente a los materiales masivos y presenta diferencias según se trate de nanopartículas o nanohilos. Este proyecto se enfoca en el estudio de sistemas de pequeñas partículas (< 30 nm) cuyas composiciones presentan diferentes órdenes magnéticos (ferro, antiferro y ferrimagnéticos) donde se observarán los efectos propios de la anisotropía superficial y el rol de los momentos magnéticos superficiales. Las partículas tendrán distintos recubrimientos para estudiar los efectos producidos por la interacción de las distintas fases magnéticas. Por otro lado, el estudio de los nanohilos se realizará en muestras metálicas. En particular se espera relacionar las propiedades magnéticas con efectos magnetoestructurales.Paralelamente, se trabajará en una línea de aplicaciones de nanopartículas magnéticas en medicina. Particularmente, se estudiará el efecto de hipertermia producido por la transferencia de energía de un campo magnético AC sobre nanopartículas magnéticas y su posterior conversión en calor. El proyecto se concentrará sobre los mecanismos físicos del referido proceso.La actividad a desarrollar incluye la formación de recursos humanos en la investigación científica orientada hacia la Ciencia de Materiales mediante la realización de trabajos de tesis de grado y posgrado.

Palabra claves: Nanomagnetismo, nanoparticulas, nanohilo

This project is oriented to the development of magnetic nanostructured materials in the form of nano-particles and nanowires, its characterization and physical properties. It will contribute to the understanding of the microscopic mechanisms that govern the internalmagnetic order of these materials as a function of the anisotropies, the surface effects, the geometry of the problem and the interactions between the particles or wires, as the interface between two magnetic systems. Moreover, the fabrication of samples will involve the development of techniques for synthesis of nanoparticles that will result in the development of new materials. This project focuses on the study of systems of small particles (<30 nm) having different magnetic ordering (ferro, antiferro and ferromagnetic) where we will observe the effects of surface anisotropy and the role of the magnetic moments in the surface. The particles have different coatings to study the effects produced by the interaction of different magnetic phases. The study of nanowires will be held in metallic samples. Particularly, it is expected connect the magnetic properties with the magneto-structural effects. Also, we will work on a line of applications of magnetic nanoparticles in medicine. In particular, we study the effect of hyperthermia produced by energy transfer from AC magnetic field on magnetic nanoparticles and their subsequent conversion into heat. The project focuses on the physical mechanisms of that process. This project includes the formation of human resources in research oriented towards Materials Sciences through graduate and post-graduate thesis.

Keywords: Nanomagnetism, nanoparticles, nanowires

En este proyecto proponemos estudiar la modificación de las propiedades estructurales de la materia de vórtices (MV) debido al efecto de distintos potenciales de desorden y de confinamiento a la escala micrométrica. Se estudiará en particular el caso de superconductores de alta temperatura crítica en los que la materia de vórtices es extremadamente anisotrópica, tales como Bi2Sr2CaCu2O8 e YBa2Cu3O7. Se estudiarán las propiedades estructurales mediante la técnica de decoración magnética que visualiza vórtices individuales en el espacio real y en la superficie de una muestra. Esta técnica permite estudiar la topología de las fases sólidas de vórtices en estructuras con hasta millones de vórtices nucleadas con distintas densidades (campo magnético). Para caracterizar los bordes de las fases sólidas estables en el diagram campo magnético-temperatura se utilizará la técnica de magnetometría Hall local. Se estudiará en particular la influencia de los siguientes potenciales de desorden: a) centros de anclaje puntuales, distribuidos aleatoriamente y de intensidad moderada, generados mediante irradiación con electrones a bajas temperaturas, b) centros de anclaje correlacionados unidimensionales del tipo defectos columnares, distribuidos al azar y de intensidad fuerte, c) centro de anclajes correlacionados bidimensionales del tipo maclas de intensidad fuerte. Adicionalmente, se estudiará el efecto que produce el confinamiento de la estructura de la materia de vórtices en muestras de dimensiones micrométricas en las que la relación entre el número de vórtices en la superficie y el volumen es de hasta un 30%.

Palabra claves: materia de vórtices, propiedades estructurales, potenciales de desorden

This project focus on the study of the effect of disorder and confinement on the structural properties of vortex matter.In particular, we will study the nucleation of the extremely-anisotropic vortex matter nucleated in high-temperature superconductorssuch as Bi2Sr2CaCu2O8 e YBa2Cu3O7. Magnetic decoration will be applied in order to study the vortex structural properties in real space, with individual-vortex resolution and at the surface of samples with up to millions of vortices. Local Hallmagnetometry will be used to characterize the transitions between the different vortex phases stable in a field-temperature phase diagram.We will study the effect of the following disorder potentials: a) point pinning centers distributed at random and with moderateintensity introduced by means of electron irradiation, b) unidimensional correlated, strong, and randomly distributed pinning centers known as columnar defects, c) bidimensional correlated and strong pinning centers known as twin-boundaries. In addition, we will study the effect of confinement down to micron-sized samples with vortex surface-to-volume ration of up to 30%.

Keywords: vortex matter, structural properties, disorder potentials

La mayoría de los problemas de mecánica de fluidos en aplicaciones tecnológicas presentan altos grados de complejidad, ya sea por complejidad geométrica, gran diversidad de escalas o alta no linealidad de los fenómenos físicos involucrados. En el caso de geometrías complejas se pueden definir dos jerarquías; una macroscópica que es representada explícitamente en la malla, y una microscópica que deber ser conceptualizada y modelada e incorporada en el modelo matemático. Un tratamiento análogo se hace necesario para tratar problemas cuya fenomenología involucra un amplio rango de escalas temporales y espaciales, por el cual las macro-escalas son capturadas en la simulación mientras que las micro-escalas son modeladas. Uno de los desafíos de este plan de trabajo es poder capturar la física del acoplamiento a diferentes escalas y entender su efecto macroscópico en el sistema. El objetivo final es el desarrollar modelos de aplicación ingenieril, en los cuales los efectos de las micro- y meso-escalas en las macro-escalas son incorporados a través del modelado físico-matemático del sistema modificando directamente las ecuaciones que lo gobiernan. Específicamente, en este proyecto se trabajará sobre flujos bifásicos y estratificados con aplicación en las áreas de energía y recursos hídricos. Se utilizarán simulaciones multiescala del tipo DNS (simulación directa de turbulencia por su sigla en Inglés) empleando modelos eulerianos- eulerianos de flujos bifásicos con el foco de estudiar la modulación de turbulencia en la fase continua por presencia de la fase dispersa y por efectos de estratificación.

Palabra claves: Turbulencia, Efectos de rotación, Flujos multifase

Most fluid mechanics problems in technological applications have a high degree of complexity, either by high nonlinearity of physical phenomena involved, geometric complexity, or multiplicity of scales. In the case of complex geometries two hierarchies can be defined; the macroscopic scale that is represented explicitly in the mesh, and the microscopic scale that must be conceptualized, modeled and incorporated in the mathematical model. A similar approach is necessary to address problems whose phenomenology involves a wide range of temporal and spatial scales. In this type of flows the macro-scales are captured in the simulation while the micro-scales are modeled. One of the challenges of this project is to capture the physical links between different scales and understand their macroscopic effect on the system. The main objective od the project is to develop models for engineering applications, in which the effects of micro- and meso-scales on the macro-scales are incorporated through physical-mathematical modeling directly modifying the equations that govern the system. Specifically, this project will work on two-phase and stratified flows with application to the areas of energy and water resources. DNS multiscale simulations (direct simulation of turbulence for its acronym in English) will be used together with eulerianos-eulerian models of two-phase flows to study the modulation of turbulence in the continuous phase by the presence of the dispersed phase and stratification effects.

Keywords: Turbulence, Rotational effects, Multiphase flows

Este proyecto tiene como objeto de estudio a los sistemas con vínculos de orden superior (HOCSs = higher order constrained systems). Nos concentraremos en los siguientes aspectos: i. Ecuación de Hamilton-Jacobi e integrabilidad; ii. Aplicaciones a la estabilización asintótica. i. Estudiaremos una posible extensión de la teoría de Hamilton-Jacobi a la clase de los HOCSs. En particular, analizaremos la manera en que las soluciones de la ecuación de Hamilton-Jacobi asociada a cada HOCS contribuyen a la resolución completa, i.e. a la integrabilidad, de las ecuaciones de movimiento del HOCS en cuestión. ii. Abordaremos el estudio de un método de estabilización asintótica de sistemas mecánicos subactuados que se basa en la imposición de vínculos de orden 2: los vínculos de Lyapunov, los cuales aseguran la existencia de una función de Lyapunov para el sistema mecánico considerado.

Palabra claves: Sistemas Hamiltonianos, Sistemas subactuados, Integrabilidad

The main objective of this project is to study the higher-order constrained systems (HOCS). We concentrate ourselves in the following aspects: i. Hamilton-Jacobi equation and integrability; ii. Aplications to asymptotic stabilization. i. We shall study a possible extension of the Hamilton-Jacobi equation (HJE) to the HOCSs. In particular, we shall analize what the solutions of a HJE related to a given HOCS tells us about the integrability of such a system. ii. We shall also study a non-linear stabilization method for underactuated mechanical systems based on the idea of imposing certain second order constaints: the so-called Lyapunov constraints. The latter insure the existence of a Lyapunov function for the system under consideration.

Keywords: Hamiltonian systems, Underactuated systems, Integrability

Proponemos estudiar los siguientes tres temas. ***Estimación de errores. Una característica esencial de un integrador numérico de una ecuación diferencial es cuan bien aproxima la solución de la ecuación dada. En el caso de la Mecánica Clásica, las ecuaciones diferenciales a resolver son las ecuaciones de movimiento del sistema. En este contexto se ha probado que los integradores variacionales son integradores numéricos que gozan de una serie de propiedades estructurales de interés. Se sabe como la discretización usada (más precisamente, el orden del Lagrangiano discreto usado) asegura un grado mínimo de contacto entre la aproximación numérica de la solución y la solución misma. Nuestro interés es extender este análisis alcaso de sistemas mecánicos con fuerzas. ***Conservación de magnitudes. Los sistemas mecánicos, tanto continuos como discretos, preservan estructuras simplécticas y, en consecuencia, el volumen de Liouville asociado. Cuando uno de estos sistemas presenta simetrías, es posible definir un sistema dinámico reducido. Estos sistemas reducidos, por lo común, no son sistemas mecánicos y pueden no preservar ningún volumen. Recientemente se ha probado que para sistemas mecánicos continuos reducidos por un grupo unimodular, bajo ciertas condiciones, existen volúmenes conservados. En el caso discreto poco se sabe, más allá de algunos resultados hallados por nuestro grupo. Nuestro interés es continuar con la búsqueda de medidas preservadas en sistemas reducidos discretos y el estudio de la necesidad de que el grupo que da lugar a la reducción sea unimodular. ***Geometría de las conexiones discretas en fibrados principales. Una de las ideas básicas en el estudio de la mecánica discreta es la sustitución del espacio de velocidades TQ por el espacio Q x Q. Cuando un sistema mecánico definido en la variedad Q tiene por grupo de simetría al grupo de Lie G, un caso de interés es aquel en que G actúa sobre Q de modo que la proyección de Q en Q/G es un fibrado principal. Una herramienta importante para estudiar estos sistemas es una conexión en dicho fibrado. En el caso discreto, se ha introducido una noción similar, la de conexión discreta en un fibrado principal. Hemos estudiado algunas propiedades básicas de estos objetos, pero nada sabemos sobre otras propiedades geométricas. Nuestro interés es introducir una noción de curvatura, ver qué serían los grupos de holonomía y, eventualmente, estudiar las relaciones entre estos objetos.

Palabra claves: mecánica geométrica, magnitudes invariantes, sistema dinámico discreto

We propose to study the following three topics. ***Error estimation. An essential feature of a numerical integrator of a differential equation is how well it approximates the solution of the given equation. In Classical Mechanics, the differential equations to solve are the equations of motion of the system. It has been proved that variational integrators, constructed as discretizations of mechanical systems, have a number of interesting structural properties. It is known how the discretization chosen (rather, the order of the chosen discrete lagrangian) ensures a minimum order of contact between the numerical approximation and the real solution. We want to extend this analysis to forced discrete mechanical systems. ***Preserved quantities. Mechanical systems, both discrete and continuous, preserve symplectic structures and, consequently, the associated Liouville's volume. When one of those systems has symmetries, it is possible to construct a reduced dynamical system. Reduced systems need not be mechanical systems, hence may not preserve any volume. It has recently been proved that, under certain conditions, a continuous mechanical system reduced by a unimodular group preserves some volume. Little is known in the discrete setting, except for a few results due to our group. We want to extend those results and, if possible, to study if, under some conditions, the existence of preserved volumes implies the group's unimodularity. ***Geometry of discrete connections on principal bundles. A basic idea in the study of Discrete Mechanics is the replacement of the velocity space TQ by the space Q x Q. An interesting situation is when a Lie group G is a symmetry group of a mechanical system defined on Q and, in addition, the quotient map from Q to Q/G is a principal G bundle. A useful tool to study that setting is a connection on the principal bundle. A similar idea, a discrete connection on a principal bundle, was introduced to work with discrete mechanical systems. Our group has studied some basic properties of discrete connections, but we know nothing about their other geometric properties. We want to introduce notions of curvature and holonomy for discrete connections and study their relationships.

Keywords: geometric mechanics, invariant functions, discrete mechanical system