En este trabajo de tesis se ha desarrollado un nuevo modelo analítico y compacto de carga y capacitancia para transistores orgánicos de efecto de campo (OFETs por sus siglas en inglés) al que hemos llamado UBCM. El modelo es válido y continuo en todas las regiones de operación del dispositivo, que son acumulación, agotamiento parcial y agotamiento total, asumiendo una operación cuasi-estática, por lo que es válido para bajas y medias frecuencias. Los parámetros aplicados en UBCM son analíticamente extraídos de las características de corriente-voltaje de los OFETs mediante UMEM (Método de Extracción de Parámetros y Modelo Unificado), por lo que UBCM es consistente con el modelo de corriente que describe al dispositivo. Finalmente UBCM se ha implementado en simuladores de circuitos mediante su código en Verilog-A y Spice, y ha sido utilizado en la simulación de inversores orgánicos, resultados que se han validado con mediciones experimentales. / We developed a new charge and capacitance analytical compact model for organic field effect transistors (OFETs) which we have called UBCM. The model is continuous and valid in all device operation regimes, i.e. accumulation, partial depletion and total depletion. It operates at low and medium frequencies since a quasi-static operation is assumed. The parameters applied in UBCM are analytically extracted from the current-voltage (I-V) characteristics of the OFETs using the unified model and extraction method (UMEM), thus the capacitance model is consistent with the I-V one. The overlap capacitance effect is taken into account and the frequency dependence is considered empirically by means of the insulator permittivity. Comparisons between modeled and experimental gate-to-channel capacitances of OTFTs based on different materials show the validity of the model. Finally, UBCM was implemented in circuit simulators by means of its Verilog-A and Spice codes to simulate organic inverters.

En aquest treball es van fabricar cel · les solars orgàniques d'heterounió de volum, el qual van ser utilitzats diferents materials donadors i acceptors, com ara P3HT, PTB1 i PC70BM, PCBM, respectivament. L'anàlisi de procés de degradació va ser portat a terme en dispositius fotovoltaics on van ser presos aspecte com ara la preparacions de la barreja, control de morfologies en les capes actives, procés de tractament tèrmic i condicions d'entorn al qual van ser exposades les cel solars. En cada cas va ser usat la característica de corrent-voltatge per supervisar els paràmetres de rendiment del dispositiu fotovoltaic durant la seva operació en condicions de llum i baix foscor. Un model elèctric es va utilitzar per correlacionar els mecanismes físics amb els paràmetres de rendiment de la cel solar. A més, el protocol ISOS-D1 es va aplicar a les cel · les solars orgàniques sota diferents entorns per quantificar el temps de vida, estabilitat i identificar els mecanismes de degradació predominants en el mateix. Com a segona part d'aquesta tesi, les cèl · lules solars orgàniques interdigitadas d'heterounió van ser dissenyats, fabricats i caracteritzats elèctricament i òpticament. Les cel · les solars interdigitadas van ser comparades respecte les de bicapa i les de heterounió de volum. Tècniques d'extracció de càrrega i transitoris de fotovoltaje van ser aplicats per primera vegada sobre aquest tipus de cel solars. Els resultats van revelar que ambdues tècniques són adequades per a la caracterització de la variació de la densitat de càrrega sobre la polarització aplicada en aquest tipus de cel · les fotovoltaiques. / En este trabajo se fabricaron celdas solares orgánicas de heterounión de volumen, el cual fueron utilizados diferentes materiales donadores y aceptores, tales como P3HT, PTB1 y PC70BM, PCBM, respectivamente. El análisis de proceso de degradación fue llevado a cabo en dispositivos fotovoltaicos donde fueron tomados aspecto tales como la preparaciones de la mezcla, control de morfologías en las capas activas, proceso de tratamiento térmico y condiciones de entorno al cual fueron expuestas las celdas solares. En cada caso fue usado la característica de corriente-voltaje para monitorear los parámetros de rendimiento del dispositivo fotovoltaico durante su operación en condiciones de iluminación y bajo oscuridad. Un modelo eléctrico se utilizó para correlacionar los mecanismos físicos con los parámetros de rendimiento de la celda solar. Además, el protocolo ISOS-D1 se aplicó a las celdas solares orgánicas bajo diferentes entornos para cuantificar el tiempo de vida, estabilidad e identificar los mecanismos de degradación predominantes en el mismo. Como segunda parte de esta tesis, las células solares orgánicas interdigitadas de heterounión fueron diseñados, fabricados y caracterizados eléctricamente y ópticamente. Las celdas solares interdigitadas fueron comparadas con respecto las de bicapa y las de heterounión de volumen. Técnicas de extracción de carga y transitorios de fotovoltaje fueron aplicados por primera vez sobre este tipo de celdas solares. Los resultados revelaron que ambas técnicas son adecuadas para la caracterización de la variación de la densidad de carga sobre la polarización aplicada en este tipo de celdas fotovoltaicas. / In this work were fabricated organic solar cells of bulk heterojunction, which were used different donor and acceptor materials such as P3HT, PTB1 and PC70BM, PCBM, respectively. The analysis of degradation process was carried out on the photovoltaic devices where it were taken aspect as the blend preparations, control of morphologies on the active layers, annealing process and environment conditions that were exposed the solar cells. In each case was used current-voltage characteristic to monitor the performance parameters of the photovoltaic device during its operation in dark and under illumination conditions. An electrical model was used to correlate the physical mechanisms with the performance parameters of the solar cell. Additionally, ISOS-D1 protocol was applied to organic solar cells under different environments to quantify the lifetime, stability and identify the degradation mechanisms predominant in it. As second part of this thesis, interdigitated heterojunction organic solar cells were designed, manufactured and electrically and optically characterized. The interdigitated solar cells were compared regarding bilayer and bulk heterojunction solar cells. Charge extraction and transient photovoltage techniques were applied for the first time in this kind of solar cells. The results revealed that both techniques are suitable for the characterization of the charge density variation over the applied bias on this kind of devices.

Regions isolated from the wind-driven circulation are found in the eastern margins of the world's tropical oceans. The weak and stagnant circulation of these so-called “shadow zones”, in combination with the intense respiration of organic matter provided by the overlying highly productive waters, promotes the existence of large oceanic volumes with very low dissolved oxygen. These volumes are known as oxygen minimum zones (OMZs). The last decades of observations have revealed that OMZs are in general expanding, and thus potentially threatening the surrounding rich marine ecosystems. However, it is not clear whether this change is based on natural variability or it has an anthropogenic origin. Furthermore, under a global warming scenario, the future evolution of the OMZs is uncertain due to the complex interaction between the physical and biochemical processes that interplay in the OMZs dynamics. This dissertation seeks to unravel the key elements of the circulation in the North Atlantic shadow zone, aiming to provide a deeper understanding of the physical components that rule the dynamics of the North Atlantic OMZ (naOMZ) -this being the less intense OMZ of the world ocean but the one that has experienced the largest expansion. A comprehensive description of the North Atlantic shadow zone circulation is presented from novel (CANOA08 cruise) and historic observations, including numerical outputs from the assimilative ECCO2 circulation model. The main outcome of our work is that two markedly distinct regimes of circulation exist in the thermocline layers of the naOMZ, above and below ςϴ=26.8 kg m-3. In the upper layer, within the upper Central Water (uCW), the circulation is governed by the cyclonic regime of the subtropical cell. This stratum is characterized by relatively high oxygenation, with a predominance of South Atlantic Central Water (SACW). The lower layer, within the lower Central Water (lCW), presents a drastic decrease in the oxygen content due to its sluggish circulation; in contrast with the uCW, a mean anticyclonic circulation leads to a marked increase of North Atlantic Central Water (NACW). This result implies an equatorward transfer of mass from the subtropical gyre to the shadow zone, providing a previously unaccounted supply of oxygen from the well-ventilated subtropical thermocline. In fact, at the core of the naOMZ, the contribution of NACW is 50%. Such a mixture of SACW and NACW, with very low oxygen levels, is defined as the regional water mass of the naOMZ, the Cape Verde SACW (SACWcv). A broad band of eastward flows is located between 10ºN and 20ºN, just south of the westward flowing North Equatorial Current. These flows, here referred as the Cape Verde Current system, emerge as the major contributor in the water mass supply to the naOMZ. Lagrangian simulation reveals that while in the uCW, most of the water supply occurs south of 10ºN, in the lCW, more than two thirds of the total water supply takes place north of 10ºN, through the Cape Verde Current system with a high contribution of water directly recirculated from the subtropical gyre. The accurate numerical reproduction of the water mass composition within the naOMZ thermocline, as directly deduced from particle-track Lagrangian simulations, supports the goodness of the ECCO2 velocity field. The uCW and lCW strata not only exhibit opposite circulation patterns, they also present opposite large-scale vertical motions with predominant upwelling in the uCW as part of the subtropical cell regime while the lCW presents a broad downwelling pattern. We propose the existence of an inverse subtropical cell within the lCW dynamically coupled to the uCW regime. The major role these cells play in the circulation of the North Atlantic shadow zone, together with their substantial natural interannual and decadal variability, makes them major players on the oxygen anomalies observed during the last decades in the world OMZs / En los márgenes orientales de los océanos tropicales existen regiones aisladas de la circulación inducidad por el viento. La débil circulación de estas llamadas "zonas de sombra", en combinación con la intensa respiración de la materia orgánica que se produce en las productivas aguas superficiales, da lugar a la formación de Zonas de Mínimo Oxígeno (OMZs). Las observaciones durantes las últimas décadas muestran que las OMZs están en general expandiéndose, y por lo tanto representan una potencial amenaza por el rico ecosistema marino. Sin embargo, no está claro si este proceso se debe a variabilidad natural o tiene un origen antropogénico. Es más, en condiciones de cambio climático, la futura evolución de las OMZs no está clara debido a la compleja interacción entre los procesos físicos y bioquímicos que interactuán en la dinámica de las OMZs. Esta tesis busca desentrañar los principales elementos de la circulación de la zona de sombra del Atlántico Norte, con el fin de conseguir un mejor entendimiento de los componentes físicos que gobiernan la dinámica de las OMZ del Atlántico Norte (naOMZ) – la cual es la que presenta una menor extensión pero sin embargo es la que ha crecido más en comparación con el resto de las OMZs. Se presenta por tanto una completa descripción de la zona de sombra del Atlántico Norte utilizando observaciones tanto inéditas (campaña CANOA08) como históricas, junto con la salida del modelo asimilativo ECCO2.El principal aporte de este trabajo es la distinción de dos marcados regímenes de circulación dentro de la termoclina de la naOMZ, por encima y por debajo de σθ=26.8 kg m-3. En la capa superior, dentro de las Aguas Centrales superiores (uCW), la circulación está dominada por el régimen ciclónico de la célula subtropical. Esta capa se caracteriza por una relativamente alta oxigenación con una predominacia de Aguas Centrales del Atlántico Sur (SACW). La capa inferior, dentro de la aguas centrales inferiores (lCW), presenta una drástica reducción en el contenido de oxígeno debido a la débil circulación; en contraste con la ACs, un circulación anticlónica da lugar a un marcado aumento de Agua Central del Atlántico Norte (NACW). Este resultado implica una transferencia de masa hacia el sur desde el giro subtropical hacia la zona de sombra, representando un aporte de oxígeno desde la bien oxígenada termoclina subtropical el cual no se ha sido tenido en cuenta anteriormente. De hecho, en el núcleo de la naOMZ, la contribución de NACW es del 50%.Una ancha banda de corrientes que fluyen hacia el este se encuentra entre los 10ºN y los 20ºN, justo al sur la Corriente Norequatorial. Estas corrientes, aquí llamadas sistema de Corrientes de Cabo Verde aparecen como el principal contribuyente al aporte de agua a la naOMZ. Simulaciones lagrangianas revelan que mientras que en la uCW, la mayor parte del aporte de agua ocurre al norte de 10ºN, en la lCW, más de dos tercios ocurre al norte de 10ºN a través del sistema de Corrientes de Cabo Verde con una gran contribución de agua directamente recirculada desde el giro subtropical. La precisa reproducción de la composición de masas de agua, directamente deducida de las trayectorias numéricas lagrangianas, valida el campo de velocidades de ECCO2.La capas uCW y la lCW no sólo exhíben patrones de circulación opuestos, también presentan movimientos verticales a gran escala opuestos con predominancia de afloramiento en la uCW como parte de la célula subtropical mientras que la lCW muestra un patrón general de hundimiento. Proponemos por tanto la existencia de una célula subtropical inversa en la lCW dinámicamente acoplada al régimen de la uCW. El papel principal que desempeñan estas células en la circulación de la zona de sombra del Atlánico Norte, junto con su gran variabilidad interanual e interdecadal, las convierte en las principales candidatas para explicar las anomalías de oxígeno observadas durante las últimas decadas en las OMZs.

Flame spread over solid samples has been studied from many points of view, as it is key for fire safety, yet it is a complex phenomenon that involves processes occurring in both the solid and the gas phases. This Ph.D. thesis studies the flame spread over thin solid samples in processes more complex than the classical cases where a flame spreads horizontally or downward over a vertical solid sample. In particular, this thesis deals with three different situations: the effects of the sides to the vertically downward flame spread over a thin solid; the effects of having various parallel samples burning simultaneously, and flame spread over horizontal and downward inclined samples. For all these situations a complete experimental study is made and a model that explains the obtained results is developed / La propagació de flames en sòlids és un fenomen complex que inclou processos que s’esdevenen tant a la fase sòlida com a la fase gasosa. Diversos autors han estudiat aquest fenomen des de diferents punts de vista ja que és un element clau en l’anàlisi del risc d’incendis i de la dinàmica de focs. En aquesta tesi doctoral estudiem la propagació de flames en sòlids prims en processos més complexos que els processos clàssics, on la flama es propaga horitzontalment o cap avall en una mostra vertical. Més concretament, aquesta tesi versa sobre tres situacions diferents: l'efecte de les vores en la propagació verticalment cap avall de la flama sobre un sòlid prim; els efectes de tenir diverses mostres paral•leles cremant alhora, i la propagació cap avall de la flama en mostres inclinades i horitzontals. Per a aquestes tres situacions es desenvolupa un estudi experimental complet i un model que descriu els resultats obtinguts

Improving methods for automatic and continuous description of cloud has a huge importance in order to determine the role of clouds in climate and their contribution to climate change. The geometric characteristics of clouds, such as the cloud cover and the cloud vertical structure (CVS), including the cloud base height (CBH) which is linked to cloud type, are very important for describing the impact clouds have on the atmosphere. It is presented a complete study of the cloud cover and the CBH above Girona (Spain) measured with a ceilometer, during the period 2007-2010. And a comparison of the CVS obtained from methods based on radiosonde profiles with estimations produced by ground-based active instruments (that is, the Active Remote Sensing of Clouds, ARSCL) over Southern Great Plains (USA) is presented in order to find the better approximation to the real vertical structure and reveal the strengths and weaknesses of the methods / La millora dels mètodes de descripció automàtica i contínua dels núvols és de gran importància a l’hora de determinar el paper de la nuvolositat en el clima i la seva contribució al canvi climàtic. Les característiques geomètriques de la nuvolositat, com ara la fracció coberta i la distribució vertical dels núvols (CVS), incloent l’altura de la base (CBH), són molt importants per tal de descriure l’impacte dels núvols en l’atmosfera. Es presenta un estudi de la fracció coberta i la CBH a Girona, mesurada amb un ceilòmetre pel període 2007-2010; i una comparació de la CVS obtinguda a partir de mètodes basats en perfils de radiosondatges amb estimacions obtingudes d’instruments actius en superfície (l’Active Remote Sensing of Clouds, ARSCL) sobre Southern Great Plains (EUA) per tal de trobar la millor aproximació a l’estructura vertical real i revelar les fortaleses i febleses dels mètodes utilitzats

In this thesis we have studied the vortex dynamics in type-2 superconducting thin films made of La1.82Sr0.18CuO4, patterned Pb and MgB2, by means of the combination of microwave, dc and ac measurements. In particular, we explore first the magnetic moment response in real time under continuous and pulsed microwave mode, and second commensurability effects both in presence of microwave fields under ac susceptibility mode and using microwave reflection spectrometry. To carry out these measurements, we have designed and developed a low-temperature microwave setup to be used inside of an rf-SQUID-based magnetometer. This layout has been used to perform measurements under different microwave modes, namely sweeping, pulsed and power reflected. A theoretical model has been proposed to obtain an estimation of the characteristic frequencies and the electric and magnetic fields of the resonant structure formed by a multi-turn coil with a sample loaded in its core. We presents the results on vortex dynamics of superconducting thin films made of La1.82Sr0.18CuO4, patterned Pb and MgB2 under continuous and pulsed microwave modes. In the first set of experiments, the temporal- and frequency-dependent magnetic moment has been investigated at different values of the temperature, dc magnetic fields, and nominal microwave power in the three samples. Irregularities forming ripples, small steps, jumps and negative peaks at discrete frequency values under different thermodynamics variables (temperature and dc magnetic field) and microwave nominal powers have registered. The presence of these frequency-triggered anomalies has been interpreted as nucleation of instabilities in the propagation of the flux front and explained by considering the energy fed at some specific resonant modes, the vortex dynamics in thin-film geometry, and the contribution from the microwave electric and magnetic fields generated in the coil. In the second set of experiments, the temporal evolution of the sample magnetization has been recorded when single microwave pulses are applied at fixed values of temperature, dc magnetic fields, pulse duration and nominal power in the La1.82Sr0.18CuO4, and MgB2 samples. The onset of a significant variation in the sample magnetization which exists below threshold values of temperature, dc magnetic field, and pulse duration is interpreted as an avalanche-like flux penetration. The microwave fields are suggested to contribute to the nucleation of the fast vortex diffusion. The additional microwave electric field is surmised to guarantees the occurrence vortex instabilities under adiabatic conditions via the enhancement of the flux flow resistivity. We expose results obtained for patterned Pb under ac susceptibility and microwave power reflection techniques. The in-phase and out-of-phase components of the ac susceptibility are measured under the combination of crossed dc and microwave magnetic fields at different fixed values of microwave power and frequency for temperature close to Tc. The results show that commensurability effects are strongly dependent on the values of the frequency and nominal power of the microwave radiation. The magnetic field dependence of the microwave backward reflection coefficient is studied in a wide range of temperature (from 6.80 K to 7.20 K) at different fixed microwave resonant modes and powers. Commensurability effects related to the matching of the vortex lattice parameter and the antidot array spacing at integer and fractional matching field values have been observed as peaks in the magnetic field dependence of the microwave backward reflection coefficient for different values of temperature, frequency and power. These peaks appear as a result of the contribution of the vortex dynamics to the reflected signal a the matching fields and their observation depends on the values of the microwave power supplied to the sample. / L’objectiu d’aquesta tesi és estudiar la dinàmica de vòrtexs en diverses capes primes superconductores de tipus-2. En particular, explorem la resposta del moment magnètic en temps real a camps continus i polsats de microones. A més, estudiem els efectes de commensurabilitat mitjançant mesures de susceptibilitat magnètica en presència de camps de microones, i fent servir també espectrometria de reflexió de microones. Les mostres utilitzades en aquesta tesis són mostres de capes primes superconductores fetes de LaSrCuO, Pb amb una formació periòdica micro-forats o antidots i MgB2. Les mesures dels moments magnètics, de la magnetització en funció del temps i de la susceptibilitat magnètica es van realitzar amb un magnetòmetre MPMS basat en un dispositiu rf-SQUID. Per realitzar mesures de microones a baixes temperatures, es va dissenyar una sonda formada per un cable coaxial semi-rígid el qual acaba en una bobina de múltiples voltes amb la mostra localitzada al seu nucli (CS). Per caracteritzar l’estructura ressonant formada pel CS, s’ha proposat un model teòric basat en el ressonador helicoïdal. L’estudi de la dinàmica de vòrtexs sota l’escombrat de freqüència es va dur a terme en les tres mostres esmentades anteriorment. La relaxació monòtona és interrompuda per la presència d’irregularitats en forma de salts, pics negatius, ondulacions i petits passos. Aquestes anomalies apareixen a cert valors de la freqüència de microones i a diferents valors de les variables termodinàmiques (temperatura i camp magnètic continu) i dels paràmetres d’excitació de microones (potència i freqüència). La presència d’irregularitats en la resposta del moment magnètic en funció de la freqüència apareix determinada per la freqüència ressonant del CS. Altres aspectes que poden afavorir l’aparició d’aquestes irregularitats són la geometria de la capa fina i la contribució dels camps elèctrics i magnètics de microones. Aquests últims resulten significatius a la vora de la regió mostra-bobina i poden ajudar a activar inestabilitats termo-electromagnètiques dels vòrtexs. Particularment, la contribució del camp elèctric pot facilitar el desenvolupament d’aquesta mena d’inestabilitat en condicions adiabàtiques. El registre de la variació temporal de la magnetització sota la influència d’un pols de microones es va dur a terme en las mostres LaSrCuO i MgB2. Les corbes d’evolució temporal de la variació de la magnetització mostren clarament un règim de ràpida difusió dels vòrtexs. Aquest règims existeixen dins d’un marge de valors del camp magnètic continu, la temperatura, i la durada del pols. A més, aquestes corbes presenten valors de màxima difusió en funció d’aquests mateixos paràmetres. La presència d’aquestes inestabilitats disparades pels pols sembla que resulten de la contribució dels camps elèctrics i magnètics de microones i de la geometria de capa prima. Les mesures dels components de la susceptibilitat magnètica en funció del camp magnètic continu irradiat amb diferents valors de potència i freqüència de microones mostren els característics efectes de commensurabilitat per a múltiples enters i fraccionaris dels camps de coincidència (matching). Les corbes a diferents valors de freqüència i potència mostra que l’augment de qualsevol d’aquest dos paràmetres resulta en la reducció de l’apantallament i l’increment de la dissipació. Aquest efecte va ser confirmat realitzant mesures de les components de la susceptibilitat magnètica en funció de la potència als diferents valors de la freqüència de microones. Les corbes del mòdul del coeficient de reflexió de microones en funció del camp magnètic continu a una potència i freqüència de microones fixes, mesurades a diferents valors de temperatura, mostren clarament els efectes de commensurabilitat. L’empremta d’aquest efecte es mostra en forma de pics a valors enters i fraccionaris dels camps de coincidència. L’observació dels pics a les corbes del coeficient de reflexió apareix com a resultat de la contribució de la dinàmica de vòrtexs al senyal reflectit als camps de coincidència. La presència d’aquest pics es pot explicar considerant els conceptes de la conductivitat complexa del model de dos fluids, la longitud de penetració de London i les forces que descriuen la dinàmica de vòrtexs en l’equació de balanç fenomenològic. Les limitacions tèrmiques de la sonda experimental han estat testades fent mesures del coeficient de reflexió en funció del camp magnètic continu a diferents valors de la potència de microones, per a valors fixos de temperatura.

Tesi realitzada a l'Institut de Ciències de la Terra Jaume Almera (CSIC) / This thesis is devoted to the study of the interactions of phonons in indium nitride (InN) and materials of the (In,Ga)N system with wurtzite structure. For this purpose, we present Raman spectroscopy on nanowires (NWs), thin films and bulk samples, in order to adress phonon interactions in these materials. We also present Brillouin spectrsocopy measurements of InN thin films, from which a reliable set of elastic constants is proposed. We have studied the phonon anharmonic interactions and phonon decay channels of InN, both in thin films and NWs. The temperature dependence of Raman peak width of all the phonon modes has been studied using a model that considers the contribution of three- and four-phonon processes, taking into account the phonon density of states obtained by ab-initio calculations. In InN thin films, we find that the E2h phonon mode mainly decays through 4-phonon processes, whereas the extremely narrow E2l mode can decay only through up-conversion processes. The LO and the TO modes are found to decay through 3-phonon and 4-phonon interactions. In InN NWs we found the same phonon decay channels but phonon linewidths are significantly reduced, indicating a higher crystalline quality. The lifetimes of the phonon modes are derived from the measured phonon linewidths. The long-lived E2l phonon exhibits the largest lifetime, which is mainly limited by impurity scattering. We also study the anharmonic decay of high-frequency LVMs H complexes in Mg-doped InN, which can be explained by considering dephasing due to quasi-elastic acoustic phonon scattering. We have discussed the relevant electronic resonances that affect Raman scattering in the (In,Ga)N system. We show that the optical excitation of the longitudinal optical modes in InN occurs via the Martin's double resonance both in InN layers and nanostructures, even though the defect density of the latter is significantly lower. By performing wavelength-dependent measurements on InN thin films and NWs, the A1(LO) and the E1(LO) wave-vector dispersion close to zone-center have been obtained. We have also studied the impurity-mediated cascade mechanism of multiphonons in InGaN layers. To ascertain the role of the impurities we have studied as-grown samples in comparison with He+-implanted InGaN layers. UV Raman-scattering measurements allow us to measure up to fifth order multiphonon scattering due to cascade mechanism. Relative multiphonon intensities depend on the indium concentration and implantation dose. Finally, we have studied the LO-Phonon-Plasmon Coupled Modes (LOPCMs) in InN and GaN using the Lindhard-Mermin model. We have determined the electron density in undoped, Si-doped and Mg-doped NWs. We have also studied a bulk, ammonothermally-grown Si-doped GaN sample. No evidence of LOPCMs was detected in the Ga-polar face, probably due to the higher defect density existing in this sample sector. We have detected both branches of the LOPCMs in the N-polar face, and we have made a study of the distribution of the free charge density by means of confocal micro-Raman measurements. / Aquesta tesi està dedicada a l’estudi de les interaccions dels fonons en nitrur d'indi (InN) i en semiconductors del sistema (In.Ga)N amb estructura wurtzita. Amb aquest objectiu es presenten estudis d'espectroscòpia Raman en capes primes, nanofils (NWs), i mostres bulk, que han permès abordar de manera global les interaccions dels fonons en aquests materials. Hem estudiat les interaccions anharmòniques i els canals de decaïment dels fonons de InN, tant en capes primes com en NWs. La dependència de l’amplada del pic Raman amb la temperatura de tots els modes fonònics s’ha estudiat utilitzant un model anharmònic que considera la contribució dels processos de tres i quatre fonons, i tenint en compte la densitat d'estats de fonons obtinguda mitjançant càlculs ab-initio. L'anàlisi dels temps de vida fonònics i de la dependència amb temperatura de les freqüències permet afirmar que els NWs tenen una estructura més relaxada que les capes primes. També hem estudiat el decaïment anharmònic de modes locals de vibració corresponents a complexos d'H en InN fortament dopat amb Mg. Hem estudiat les ressonàncies en el sistema (In,Ga)N i la influència de la densitat d’impureses en l’eficiència dels mecanismes ressonants. Hem demostrat que la dispersió Raman de modes òptics longitudinals en el InN es produeix a través de la doble ressonància del Martin tant en capes primer com en nanoestructures, tot i que la densitat de defectes d'aquestes últimes és significativament menor. Hem estudiat també el mecanisme de cascada mediat per impureses, a través del qual es produeix la dispersió de multifonons, en capes primes de InGaN amb diferent composició i diferent grau d’implantació d'ions d'He, i hem comprovat que les intensitats relatives dels multifonons depenen de la concentració d’indi i de la dosi de la implantació. Finalment, hem estudiat l’acoblament de fonons polars amb els plasmons mitjançant el model dielèctric de Lindhard-Mermin, amb la finalitat d’investigar la densitat d’electrons lliures utilitzant espectroscòpia Raman. Hem determinat la concentració d'electrons en NWs de InN sense dopar, dopats amb Si i dopats amb Mg. També hem fet un estudi de la distribució de la densitat de càrrega en una mostra de GaN ammonotermal mitjançant mesures de micro-Raman confocal.

The AdS/CFT correspondence is one of the most important developments in the history of theoretical physics. Using as a binding bridge superstring theory, or, more concretely, some theoretical aspects in the interaction between superstrings and D-branes, the Maldacena conjecture establishes that the physics of a strongly-coupled, perturbatively-inaccessible quantum field theory in d-dimensions can be described equivalently in terms of the dynamics of a dual classical gravitational theory in (d + 1)-dimensional AdS space. Two particular aspects of the duality are of great importance. First, the duality ascertains that the quantum field theory lives in the boundary of the AdS space in which the dual gravitational system exists, and that the two-point functions of the dual field theory are computed in terms boundary-to-bulk propagators. This difference between the dimensions of the theories makes the duality holographic, so giving evidence to the idea that a quantum theory of gravity should be indeed a holographic in nature. The second important aspect we must mention is that the AdS/CFT co-rrespondence is a strong/weak-coupling duality: it allows one to formulate a strongly-coupled quantum problem in terms of the classical Einstein equations of the dual higher-dimensional gravitational system. Because of this particular nature of the duality, it provides a promising new way of studying quantum gauge theories in the strongly-coupled regime, where the usual perturbative methods fail to apply. The gauge/gravity duality has thus been used to gain insight in a wide variety of physical systems where a satisfactory description in terms of standard methods is lacking, such as the quark-gluon plasma or in condensed matter theory. / En aquesta tesi s'ha demostrat que la correspondència AdS/CFT ofereix una nova manera d'estudiar la fase superconductora de les teories large-N al règim fortament acoblat. En discutir els cuprats al final del Capítol 1, veiem algunes de les deficiències que els acostaments usuals basats en teories de camps tenen quan es tracta d'abordar sistemes de molts cossos fortament acoblats. Potser que la més greu d'aquestes deficiències és el col.lapse del concepte de quasi-partícula a causa de les fortes interaccions involucrades. La dualitat gauge/gravity ens permet plantejar problemes gairebé intractables en sistemes quàntics de molts cossos en termes de la dinàmica clàssica d'un sistema dual de gravetat en l'espai AdS. Usant aquest nou punt de vista hologràfic, la condensació de parells de Cooper al costat de la teoria del camps es tradueix en la creació espontània de solucions amb pèl carregat al costat gravitatori de la dualitat. Això dóna lloc a una fase en la teoria del camps dual, on es recuperen els aspectes fenomenològics fonamentals de la superconductivitat. Crida l'atenció que amb només observar al problema des d'un punt de vista hologràfic, es pot demostrar que aquests sistemes completament intractables en el règim d'acoblament fort presenten una fase superconductora. a causa de l'èxit del mètode hologràfic i les dificultats ja esmentades sobre els enfocaments estàndard basats en teories de camps, pot ser que no sigui massa agosarat imaginar que, efectivament, la definició teòrica natural de la superconductivitat en el règim fort acoblament està donada pel sistema dual de gravetat. Amb aquestes consideracions generals en ment, en aquesta tesi ens hem esforçat a presentar una imatge el més completa possible dels diferents enfocaments seguits en la superconductivitat hologràfica.

Tesi realitzada a l'Institut de Recerca en Energia de Catalunya (IREC) / Fuel cells are one of the promising technology at present to meet the growing demand of clean energy and technology. Among the different varieties of fuel cells, Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) research is advancing towards the device miniaturization (called “micro-SOFC” with thin film components) with the operation temperature in the range ≈ 500°C to 700°C for portable device application. In SOFC components, cathode causes major polarization loss due to the sluggishness of oxygen reduction reaction (ORR) at low operating temperature that would affect the device efficiency. To rectify this there are various groups working towards the enhancement of cathode functionality at low operating temperature. Generally, the functionality of cathode can be enhanced by two ways i) improving the intrinsic properties of existing cathode materials by making modifications in the cathode microstructure ii) search for the new cathode materials. The thin film cathodes studied in this thesis are La0.8Sr0.2MnO3+δ (LSM), La0.8Sr0.2CoO3-δ (LSC) and La0.8Sr0.2Mn1-xCoxO3±δ (LSMC; from x=0 to 1) a pseudo-binary system, which are Mixed Ionic Electronic Conductors (MIEC) conduct both ions and electrons. The aforementioned two ways are followed in this thesis to enhance the cathode functionality by implementing nanoionics concept. The behavior of ionic conduction in nano-regime (<100nm) is totally different than bulk and the study of such ionic transport in nanoscale is the field of nanoionics. Especially, the interfaces such as space-charge layer and grain boundaries act as a highway for fast oxygen ion conduction that can enhance the overall charge transport in the nanostructures. In this thesis, oxygen mass transport properties are studied in cathodes in thin film form by making modifications in the thin film nanostructure in order to observe and enhance the charge transport along the interface of grain boundaries as well as to understand the fast ionic transport in such interfaces. Generally, the thin film nanostructure offered by Pulsed Laser Deposition (PLD) exhibit columnar grains that can act as a highway for ionic conduction and suitable for the proposed work. Therefore PLD is used as a tool to study the ionic transport in the interfaces. Further, LSM/LSC multilayer deposition studies are conducted in PLD to find out the optimum thickness for the fabrication of a combinatorial LSMC pseudo-binary system without any parasitic phases. Among the cathode materials studied in this thesis, LSM is a classical and well-studied cathode material. The functional properties i.e. oxygen mass transport properties (oxygen self-diffusion and surface exchange coefficients, D^*and k^*, respectively) of LSM thin film cathodes are studied by Isotope Exchange depth Profiling using Secondary ion Mass Spectroscopy (IEDP-SIMS) and Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) techniques in the temperature range 500°C to 700°C. In the study on LSMC pseudo-binary, a novel (new) methodology is presented for the screening of materials for SOFC application. The methodology is based on a combinatorial deposition of thin films by PLD on 4-inch silicon wafers, further it is possible to predict the thickness and compositional map of LSMC binary using this methodology. The proposed methodology can be extended for generating full range binary and ternary diagrams of compositions even for very complex oxides (due to an excellent transfer of the stoichiometry). IEDP-SIMS is carried out for evaluating oxygen mass transport properties of LSMC system in the compositions with cobalt content x ≈ 0.04 to 0.85 in the temperature range 600°C to 800°C. This thesis is divided into six chapters and a short summary to each chapter is given below including appendix. Chapter 1: An introduction to the scope of the thesis. Chapter 2: An introduction to the experimental method employed in this thesis. Chapter 3: Parent materials (LSM and LSC) microstructural optimization in PLD. Chapter 4: Oxygen ion transport study in LSM thin film cathodes. Chapter 5: Fabrication and microstructural characterization of LSMC thin film pseudo-binary system. Chapter 6: Oxygen ion transport study in LSMC thin film system. Appendix A: Introduction to Two-slab model. Appendix B: Fabrication of LSM-LSC-LSF pseudo-ternary system. / La Nanoiónica se ha convertido en un campo cada vez más prometedor para el futuro desarrollo de dispositivos avanzados de conversión y almacenamiento de energía, tales como baterías, pilas de combustible y supercondensadores. En particular, los materiales nanoestructurados ofrecen propiedades únicas o combinaciones de propiedades en electrodos y electrolitos en una gama de dispositivos de energía. Sin embargo, la mejora de las propiedades de transporte de masa a nivel nano, a menudo se ha encontrado que son difíciles de implementar en nonoestructuras. En esta tesis, se investigó el transporte de iones oxígeno en cátodos tipo perovskita-conductor mixto iónico y electrónico (MIEC) de capa delgada (grosor < 200nm) con una estructura nonoestructurada, con el objetivo de correlacionar el transporte de iones oxígeno con la estructura del film a nivel de grano interior y límite de grano. El trabajo desarrollado en esta tesis se ha dividido en seis partes. El primer capítulo, introduce los conceptos básicos de las pilas de combustible de óxido sólido, la importancia de los cátodos de película delgada y el concepto de nanoiónica. El segundo capítulo explica el principio y el funcionamiento de todas las técnicas experimentales empleadas en esta tesis para la caracterización microestructural y funcional de los cátodos de película delgada. Los siguientes capítulos contienen el trabajo principal de la tesis. Las condiciones de deposición y estudios de optimización microestructural realizados mediante PLD para fabricar cátodos de película delgada se compilan en el capítulo tres. Las propiedades de transporte de iones de oxígeno del La0.8Sr0.2MnO3+δ (LSM) de películas delgadas se estudian en el capítulo cuatro. Además, en el capítulo cinco se presenta una nueva metodología de proyección de materiales, para celdas de combustible de óxido sólido (SOFC). La metodología se basa en una deposición combinatoria de La0.8Sr0.2Mn1-xCoxO3±δ (LSMC) por PLD en una oblea de silicio de 4 pulgadas que permite la generación de un diagrama binario completo de composiciones, incluso para óxidos complejos. El capítulo seis se dedica a los estudios funcionales del sistema binario LSMC La técnica de intercambio de isotopos en perfiles profundos combinada con la espectroscopia iónica de masas (IEDP-SIMS) se empleó en el rango de temperatura de 500°C a 800°C para la evaluación de las propiedades de transporte de masa de oxígeno del LSM y el sistema binario LSMC. Además, las propiedades de transporte de masa de oxígeno del LSM se estudió mediante Espectroscopia de Impedancia Electroquímica (EIS).

This thesis aims at quantitatively characterizing the recent (last few decades) and future climate variability of marine climate in the Western Mediterranean Sea and the North Atlantic Ocean. Namely it focuses on sea level and wind-waves, as these are the variables with a larger potential impact on coastal ecosystems and infrastructures. We first use buoy and altimetry data to calibrate a 50-year wind-wave hindcast over the Western Mediterranean in order to obtain the best characterization of the wave climate over that region. The minimization of the differences with respect to observations through a non-linear transformation of the Empirical Orthogonal Functions of the modelled fields results in an improvement of the hindcast, according to a validation test carried out with independent observations. We then focus on the relationship between the large scale atmospheric forcing and our target variables. Namely we quantify and explore the cause-effect relations between the major modes of atmospheric variability over the North Atlantic and Europe, i.e. the North Atlantic Oscillation, the East Atlantic pattern, the East Atlantic Western Russian pattern and the Scandinavian pattern, and both the Mediterranean sea level and the North Atlantic wave climate. To do so, we use data from different sets of observations and numerical models, including tide gauges, wave buoys, altimetry, hydrography and numerical simulations. Our results point to the North Atlantic Oscillation as the mode with the largest impact on both, Mediterranean sea level (due to the local and remote influence on its atmospheric component) and the North Atlantic wave climate (due to its effect on both the wind-sea and swell components). Other climate indices have smaller but still meaningful contributions; e.g. the East Atlantic pattern plays a significant role in the wave climate variability through its impact on the swell component. Finally, we explore the performance of statistical models to project the future wave climate over the North Atlantic under global warming scenarios, including the large scale climate modes as predictors together with other variables such as atmospheric pressure and wind speed. Notably, we highlight that the use of wind speed as statistical predictor is essential to reproduce the dynamically projected long-term trends. / Esta tesis caracteriza cuantitativamente la variabilidad climática reciente (las últimas décadas) y futura del clima marino en el Mar Mediterráneo y en el Océano Atlántico Norte. Concretamente, se centra en el nivel del mar y en el oleaje, ya que éstas son las variables con un mayor impacto potencial en ecosistemas e infraestructuras costeras. En primer lugar, utilizamos datos de boyas y altimetría para calibrar un hindcast de oleaje de 50 años en el Mediterráneo Occidental, con el objetivo de obtener la mejor caracterización climática del oleaje sobre esta región. La minimización de las diferencias con respecto a las observaciones a través de una transformación no lineal de las Funciones Empíricas Ortogonales de los campos modelados se traduce en una mejora del hindcast, de acuerdo al test de validación llevado a cabo con observaciones independientes. Luego nos centramos en las relaciones entre el forzamiento atmosférico de gran escala y nuestras variables de interés. En concreto, cuantificamos y exploramos las relaciones causa-efecto entre los modos de variabilidad atmosférica más importantes del Atlántico Norte y Europa (la Oscilación del Atlántico Norte, el patrón del Atlántico Oriental, el patrón del Atlántico Oriental/Rusia Occidental y el patrón Escandinavo) y el nivel del mar del Mediterráneo y el oleaje del Atlántico Norte. Para ello, usamos datos de diferentes conjuntos de observaciones y modelos numéricos, incluyendo mareógrafos, boyas de oleaje, altimetría, hidrografía y simulaciones numéricas. Nuestros resultados señalan la Oscilación del Atlántico Norte como el modo de mayor impacto, tanto en el nivel del mar del Mediterráneo (debido a la influencia local y remota en su componente atmosférica) como en el oleaje del Atlántico Norte (debido a su efecto en las componentes de mar de viento y de mar de fondo). Otros índices climáticos tienen contribuciones más pequeñas pero todavía significativas; e.g. el patrón del Atlántico Oriental juega un papel importante en la variabilidad del oleaje a través de su impacto en la componente de mar de fondo. Finalmente, exploramos la capacidad de los modelos estadísticos de proyectar el clima futuro del oleaje sobre el Atlántico Norte bajo escenarios de calentamiento global, incluyendo los modos climáticos de gran escala como predictores junto con otras variables como la presión atmosférica y la velocidad del viento. En particular, destacamos que el uso de la velocidad del viento como predictor estadístico es esencial para reproducir las tendencias a largo plazo proyectadas de por los modelos dinámicos.