Anticipated Synchronization (AS) is a form of synchronization that occurs when a unidirectional influence is transmitted from an emitter to a receiver, but the receiver system leads the emitter in time. This counterintuitive phenomenon can be a stable solution of two dynamical systems coupled in a master-slave configuration when the slave is subject to a negative delayed self-feedback. Many examples of AS dynamics have been found in different systems, however, theoretical and experimental evidence for it in the brain has been lacking. In this thesis work we investigate the existence of AS in neuronal circuits when the delayed feedback is replaced by an inhibitory loop mediated by chemical synapses. At the neuronal level, we show the existence of AS in 3-neuron or 3-neuron-populations microcircuits, where the self-feedback is provided either by an interneuron or by a subpopulation of inhibitory neurons. A smooth transition from delayed synchronization (DS) to AS typically occurs when the inhibitory synaptic conductance is increased. The phenomenon is shown to be robust for a wide range of model parameters within a physiological range. The role of spiketiming- dependent plasticity in DS-AS transitions is also investigated. The results obtained from the model are compared with those obtained experimentally in monkeys performing certain cognitive tasks. In some cases a dominant directional influence from one cortical area to another is accompanied by either a negative or a positive time delay. We present a model for AS between two brain regions and compare its results to the experimental data, obtaining an excellent agreement. / La sincronización anticipada (SA) es una forma de sincronización que se produce cuando una influencia unidireccional se transmite desde un emisor a un receptor, pero el sistema receptor adelanta al emisor en el tiempo. Este fenómeno, contrario a la intuición, puede ser una solución estable de dos sistemas dinámicos acoplados en una configuración maestro – esclavo cuando el esclavo está sujeto a una retroalimentación negativa retardada. Hay muchos ejemplos de SA que se han encontrado en diferentes sistemas, sin embargo, no existe evidencia ni teórica ni experimental de que ocurra en el cerebro. En este trabajo de tesis se investiga la existencia la SA en circuitos neuronales cuando la realimentación retardada se sustituye por un bucle inhibitorio mediado por sinapsis químicas. A nivel neuronal, se muestra la existencia de SA en circuitos de 3 neuronas o 3 poblaciones de neuronas, donde la retroalimentación la proporciona una interneurona o una subpoblación de neuronas inhibitorias. Una transición de sincronización retrasada (SR) a SA se produce suavemente cuando se incrementa la conductancia sináptica inhibitoria. Se encuentra que el fenómeno es robusto para una amplio espectro de parámetros del modelo dentro del rango fisiológico. También se investiga el papel de la plasticidad neuronal en la transición SR-SA. Los resultados obtenidos a partir del modelo se comparan con los obtenidos experimentalmente en monos cuando realizan ciertas tareas cognitivas. En algunos casos, una influencia direccional dominante de un área cortical a otra se acompaña de un retardo que puede ser negativo o positivo. Se presenta un modelo para las relaciones entre dos regiones corticales del cerebro y se compararan los resultados numéricos con los datos experimentales, obteniendo un excelente acuerdo.

En esta tesis doctoral se han estudiado procesos fundamentales de reacciones de transferencia de carga en películas mesoporosas de dióxido de titanio sensitivizado con puntos cuánticos, en películas finas de mezclas polímero:puntos cuánticos y en dispositivos completos de mezclas del polímero PCPDTBT y puntos cuánticos de CdSe en operaciones de trabajo reales. Los resultados obtenidos permiten abordar la fabricación de dispositivos fotovoltaicos con un conocimiento de los procesos de recombinación que limitan la eficiencia de las celdas más amplio. Y por tanto, se demuestra la posibilidad de fabricar celdas solares basadas en puntos cuánticos con eficiencias iguales o superiores a los dispositivos fotovoltaicos orgánicos. / The fundamental processes of the charge transfer reactions between titania dioxide mesoporous films and quantum dots, in blend films of the semiconductor polymer P3HT and CdSe quantum dots and in complete devices fabricated with the polymer PDPCTBT and CdSe quantum dots in working conditions have been studied in this doctoral thesis. The obtained results allow the fabrication of photovoltaic devices with a deeper and wider knowledge of the recombination processes that limit the device efficiency. Therefore, it is demonstrated the possibility of fabrication of quantum dot based solar cells with efficiencies similar or higher than the organic photovoltaic devices.

OBJETIVOS La presente tesis doctoral trata del estudio de soluciones en teorías de supergravedad y gravedad masiva. Estas teorías pueden considerarse extensiones de la teoría de la Relatividad General (RG) de Einstein, la cual describe la dinámica de una partícula sin masa de spin = 2: el gravitón. Supergravedad es una extensión supersimétrica de la RG que incorpora nuevas partículas sin masa (escalares, bosones de gauge, dilatinos, gravitinos, ...), mientras que gravedad masiva explora la dinámica de un gravitón con masa. Las teorías de supergravedad aparecen al tomar el límite de baja energía de la teoría de cuerdas o de la teoría M. Una de las señas de identidad de estas supergravedades es que requieren un espacio-tiempo con 10 o incluso 11 dimensiones (10D/11D), en lugar de las cuatro dimensiones (4D) que experimentamos en la vida cotidiana. En consecuencia las dimensiones extras han de ser compactas y muy pequeñas para que resulten ''invisibles'' a los experimentos. Sin embargo, su forma y tamaño afectan a la gravitación que percibimos en 4D ya que el espacio-tiempo sería verdaderamente 10D/11D. Esto da lugar a desviaciones con respecto a la RG de Einstein que abren la posibilidad de testar las nuevas dimensiones. METODOLOGÍA. Se utilizará el mecanismo del 'embedding tensor' para estudiar y clasificar todas las posibles supergravedades gaugeadas que existen en D=9,8,7 dimensiones. Este mecanismo hace un barrido y construye de manera covariante todas las posibles deformaciones de una teoría de supergravedad estándar. Por otro lado, una vez que se obtengan todo el espectro de supergravedades masivas, se intentará abordar origen de dimensiones más altas (10 y 11 dimensiones) a través de una construcción que contenga el grupo de simetría de T dualidad como una simetría del sistema. Esta construcción es la llamada 'Double Field Theory'. Realizaremos una reducción dimensional generalizada de esta teoría (incluyendo no sólo coordenadas espacio-temporales, sino también las duales a éstas, asociadas a los windings) para intentar relacionar los flujos generalizados que aquí aparecen con las componentes del embedding tensor (términos de masa) que se han obtenido en la primera parte del trabajo. CONCLUSIONES. Estas deformaciones han sido estudiadas y clasificadas exhaustivamente en dimensiones D = 9, 8 y 7 utilizando el marco teórico del tensor de embedding, dando lugar a un análisis completo de su origen en 10D/11D. Uno de los resultados más relevantes de la tesis es la clasificación de los gaugings en órbitas cada una de las cuales produce una dinamica inequivalente en D dimensiones. Como resultado de esta clasificacion, se observa que todos los gaugings analizados se pueden obtener como reducciones de una teoría de campos doble (Double Field Theory, DFT) en espacios toroidales con torsion (twisted tori), aun cuando un origen en teoría de cuerdas (10D) o teoría M (11D) puede no ser posible. / OBJECTIVES This doctoral thesis considers the study of solutions in supergravity and massive gravity theories. These theories can be understood as extensions of Einstein's theory of General Relativity (GR), which describes the dynamics of a massles spin-2 particle: the graviton. Supergravity is a supersymmetric extension of GR that entails new massless particles (scalar fields, gauge bosons, dilatinos, gravitinos, ...), whereas massive gravity explores the dynamics of a massive graviton. Supergravity theories arise as the low energy limit of string theories or M theory. One of their main features is the requirement of 10 or 11 dimension (10D/11D) instead of the four dimensions (4D) that we are used to experience in our daily life. This implies that the supplementary dimensions have to be compact and considerably small in such a way that they result almost imperceptible by the experiments. However, their shape and size have direct effects on the gravity that we feel in 4D. In particular, the fact of having a truly 10D/11D spacetime gives rise to predictions that differ from the GR ones and open new scenarios where these extra dimensions can be tested. METHODOLOGY The embedding tensor mechanism is used to study and classify all the possible gauged supergravities that exist in D=9,8,7 dimensions. This method scans and constructs, in a covariant way, all the possible deformations of a standard supergravity theory. On the other hand, once that the full spectrum of gauged supergravities is obtained, we will try to justify their higher-dimensional origin (from 10 and 11 dimensions) throughout a formulation of a field theory that contains the T duality symmetry group as a global symmetry of the theory. The formulation that we have chosen is 'Double Field Theory'. We perform a generalized dimensional reduction (including not only space-time coordinates, but their dual ones, which are associated to winding modes of strings) in order to establish a relation between the generalized fluxes that arise in this compactification and the embedding tensor components (mass terms) that were obtained in the first part of the work. CONCLUSIONS These deformations have been exhaustively studied and classified for dimensions D=9,8,7 by means of the theoretical approach of the embedding tensor mechanism. One of the most relevant results of this thesis is the classification of the gaugings in orbits that produce that give rise to inequivalent dynamics in D dimensions. As a consequence of this indexing, it is found that all of these gaugings can be obtained as a dimensional reduction of the so-called Double Field Theory (DFT) over twisted toroidal spaces. Some of these gaugings correspond to non-geometric compactifications of string theories, showing that DFT warrants the access to genuine string theory configurations that are not accessible by means of Riemannian geometry.

El auto-acoblament és l'organització espontània i reversible d'unitats moleculars en estructures ordenades. El procés d'auto-acoblament compleix un paper important en la ciència de materials i de la vida, per exemple descriu la formació de cristalls moleculars, col•loides, bicapes de lípids, polímers en fases separades, i monocapes auto-acoblades. Dos factors principals en el procés d'auto-acoblament són considerats en aquest treball. El primer és l'Efecte Hidrofòbic, que produeix l'auto-acoblament espontani de les molècules en micel•les, i el segon es refereix a les Interaccions electrostàtiques. En el nostre model es consideren grups de caps polars carregats, alhora que la interacció electrostàtica té dues causes. La primera són les repulsions càrrega-càrrega entre els grups de caps carregats el que limita el nombre de monòmers de surfactants agregats. L'altra causa prové de la interacció entre els grups de caps carregats i els ions lliures en la solució, la qual cosa usualment afecta afecta la mida de l'agregat. El auto-acoblament per polielectròlits alineats i de càrregues oposades és estudiat a través de la teoria de Poisson-Boltzmann (PB) i implementat amb el paquet IPEC, que pot ser usat per analitzar l'estabilitat dels complexos inter-polielectròlit nucli-capa formats per la complexació de blocs de copolímers de càrregues oposades. Així mateix, en combinació amb la teoria de Single Chain Mean Field (SCMF), adoptem un model d'esferes per simular les estructures químiques de surfactants iònics i el seu procés de micelización. En aquesta simulació no només es consideren les repulsions càrrega-càrrega entre surfactants carregats, sinó també els efectes d'apantallament electrostàtic deguts als ions lliures de sal. / El auto-ensamblaje es la organización espontanea y reversible de unidades moleculares en estructuras ordenadas. El proceso de auto-ensamblaje cumple un papel importante en la ciencia de materiales y de la vida, por ejemplo describe la formación de cristales moleculares, coloides, bicapas de lípidos, polímeros en fases separadas, y monocapas auto-ensambladas. Dos factores principales en el proceso de auto-ensamblaje son considerados en este trabajo. El primero es el Efecto Hidrofóbico, que produce el auto-ensamblaje espontaneo de las moléculas en micelas, y el segundo se refiere a las Interacciones Electrostáticas. En nuestro modelo se consideran grupos de cabezas polares cargados, a la vez que la interacción electrostática tiene dos causas. La primera son las repulsiones carga-carga entre los grupos de cabezas cargados lo que limita el número de monómeros de surfactantes agregados. La otra causa proviene de la interacción entre los grupos de cabezas cargados y los iones libres en la solución, lo cual usualmente afecta afecta el tamaño del agregado. El auto-ensamblaje por polielectrolitos alineados y de cargas opuestas es estudiado a través de la teoría de Poisson-Boltzmann (PB) e implementado con el paquete IPEC, que puede ser usado para analizar la estabilidad de los complejos ínter-polielectrolito núcleo-capa formados por la complejación de bloques de copolímeros de cargas opuestas. Asimismo, en combinación con la teoría de Single Chain Mean Field (SCMF), adoptamos un modelo de esferas para simular las estructuras químicas de surfactantes iónicos y su proceso de micelización. En esta simulación no sólo se consideran las repulsiones carga-carga entre surfactantes cargados, sino también los efectos de apantallamiento electrostático debidos a los iones libres de sal. Por otra parte. / Self-assembly is a spontaneous and reversible organization of molecular units into ordered structures. The self-assembly process plays an important role in materials science and life science, for example it includes the formation of molecular crystals, colloids, lipid bilayers, phase-separated polymers, and self-assembled monolayers. Two principle factors in the self-assembly process are considered in this work. First is the Hydrophobic Effect, which leads to the spontaneous self-assembly of the molecules into micelles, and second is the Electrostatic Interactions. The surfactant with charged polar head group is considered in our model, and the electrostatic interaction originates from two sources. One is the charge-charge repulsions between the charged head groups which limit the number of surfactant monomers aggregated, another source comes from the interaction between the charged head groups and free ions in the solution, which affects the size of the aggregated complex usually. Self-assembly by linear oppositely charged polyelectrolytes is studied through Poisson-Boltzmann (PB) theory and implemented into software IPEC, which can be used to analyze the stability of core–shell inter-polyelectrolyte complexes formed by complexation of oppositely charged block copolymers. Secondly, combined with single chain mean field (SCMF) theory, we adopt coarse grained model to simulate chemical structures of ionic surfactants and their micellization process. In this simulation not only the charge-charge repulsions between charged surfactant are considered, but also the electrostatic screening effects by free salt ions are taken into account. Furthermore, the 2D SCMF theory is incorporated with PB theory to explore the electrostatic effect in the shape transition behavior of the micelles composed by ionic surfactant molecules.

En aquesta tesi hem desenvolupat materials microestructurats basats en silici macroporós, centrant-nos en la producció de microestructures per la seva aplicació en biomedicina. El silici macroporós es forma per atac electroquímic de silici en electròlits basats en àcid fluorhídric. Es fabriquen mostres de silici macroporós ordenat i aleatori. Amb un procés litogràfic, es pot crear un patró predisenyat en el silici, i així definir els punts de nucleació i aconseguir porus amb un creixement ordenat i un diàmetre uniforme. L’oxidació tèrmica del silici macroporós permet la formació de noves estructures, com micropilars de SiO2. El SiO2 es normalment acceptat com un material biocompatible. Tot i això, utilitzem l’espectroscòpia infraroja per realitzar una caracterització exhaustiva i una modificació adequada de la química de superfície orientada cap a la conjugació de biomolècules. La peculiar arquitectura d’aquests substrats va permetre la creació de partícules multifuncionals amb una doble funcionalització selectiva en les cares interior i exterior. Aquestes microestructures van ser concebudes com a materials per al transport de fàrmacs. Així doncs, aquestes micropartícules de SiO2 van ser proposades com a sistemes d’alliberament de fàrmacs per control de pH quan es combinen amb polielectròlits sensibles al pH. Finalment, la doble funcionalització va ser explotada per crear micropartícules multifuncionals per l’alliberament de fàrmacs dirigida cap a cèl•lules diana. La viabilitat del sistema va ser provada amb cèl•lules cancerígenes in vitro. / En esta tesis hemos desarrollado materiales microestructurados basados en silicio macroporoso, centrándonos en la producción de plataformas y partículas para su aplicación en biomedicina. El silicio macroporoso se forma por ataque electroquímico de silicio en electrolitos basados en ácido fluorhídrico. Se fabricaron muestras de silicio macroporoso ordenado y aleatorio. Con un proceso litográfico, se puede crear un patrón prediseñado en el silicio, y así definir los puntos de nucleación y conseguir poros con un crecimiento ordenado y un diámetro uniforme. La óxidación térmica del silicio macroporoso permite la formación de nuevas estructuras, como micropilares de SiO2. El SiO2 es normalmente aceptado como un material biocompatible. A pesar de esto, utilizamos la espectroscopía infraroja para realizar una caracterización exhaustiva y una modificación adecuada de la química de superficie orientada hacia la conjugación de biomoleculas. La peculiar arquitectura de estos sustratos permitió la creación de partículas multifuncionales con una doble functionalización selectiva en las caras interior y exterior. Estas microestructuras fueron concebidas como materiales para el transporte de fármacos. Así pues, estas micropartículas de SiO2 fueron propuestas como sistemas de liberación de fármacos por control de pH cuando se combinan con polielectrolitos sensibles al pH. Finalmente, la doble funcionalización fue explotada para crear micropartículas multifunctionales para la liberación de fármacos dirigida hacia células diana. La viabilidad del sistema fue probada con células cancerígenas in vitro. / This thesis has explored the fabrication of silicon oxide (SiO2) microstructures based on macroporous silicon (macro-pSi), with a focus on producing suitable platforms and particles for application in biomedicine. Macroporous silicon was formed by the electrochemical etching of low doped p-type silicon in hydrofluoric acid based solutions. Both random and ordered structures were fabricated. A patterning lithography prior etching led to an ordered pore nucleation and consequently tubular structures of uniform size were produced. Thermal oxidation of macro-pSi allowed the formation of novel structures such as SiO2 micropillars, with identical arrangement and dimensions of those in the preceding macro-pSi. SiO2 is generally accepted as a biocompatible material; nevertheless, a methodical study of the surface chemistry and its modification was performed by infrared (IR) spectroscopy to generate surfaces capable of interfacing with living cells. The particular architecture of these substrates allowed creating multifunctional particles with a selective dual functionality in nanometrically separated internal and external sides. We also foresaw these microstuctured materials as drug carriers. Thus, SiO2 microparticles were proposed as pH-controlled drug delivery system when they are combined with pH-responsive polyelectrolytes. Finally, a dual-functionalization of the inner/outer sides was employed for creating multifunctional microparticles, which were demonstrated to be cancer-targeted in in vitro tests.

Anticipated Synchronization (AS) is a form of synchronization that occurs when a unidirectional influence is transmitted from an emitter to a receiver, but the receiver system leads the emitter in time. This counterintuitive phenomenon can be a stable solution of two dynamical systems coupled in a master-slave configuration when the slave is subject to a negative delayed self-feedback. Many examples of AS dynamics have been found in different systems, however, theoretical and experimental evidence for it in the brain has been lacking. In this thesis work we investigate the existence of AS in neuronal circuits when the delayed feedback is replaced by an inhibitory loop mediated by chemical synapses. At the neuronal level, we show the existence of AS in 3-neuron or 3-neuron-populations microcircuits, where the self-feedback is provided either by an interneuron or by a subpopulation of inhibitory neurons. A smooth transition from delayed synchronization (DS) to AS typically occurs when the inhibitory synaptic conductance is increased. The phenomenon is shown to be robust for a wide range of model parameters within a physiological range. The role of spiketiming- dependent plasticity in DS-AS transitions is also investigated. The results obtained from the model are compared with those obtained experimentally in monkeys performing certain cognitive tasks. In some cases a dominant directional influence from one cortical area to another is accompanied by either a negative or a positive time delay. We present a model for AS between two brain regions and compare its results to the experimental data, obtaining an excellent agreement. / La sincronización anticipada (SA) es una forma de sincronización que se produce cuando una influencia unidireccional se transmite desde un emisor a un receptor, pero el sistema receptor adelanta al emisor en el tiempo. Este fenómeno, contrario a la intuición, puede ser una solución estable de dos sistemas dinámicos acoplados en una configuración maestro – esclavo cuando el esclavo está sujeto a una retroalimentación negativa retardada. Hay muchos ejemplos de SA que se han encontrado en diferentes sistemas, sin embargo, no existe evidencia ni teórica ni experimental de que ocurra en el cerebro. En este trabajo de tesis se investiga la existencia la SA en circuitos neuronales cuando la realimentación retardada se sustituye por un bucle inhibitorio mediado por sinapsis químicas. A nivel neuronal, se muestra la existencia de SA en circuitos de 3 neuronas o 3 poblaciones de neuronas, donde la retroalimentación la proporciona una interneurona o una subpoblación de neuronas inhibitorias. Una transición de sincronización retrasada (SR) a SA se produce suavemente cuando se incrementa la conductancia sináptica inhibitoria. Se encuentra que el fenómeno es robusto para una amplio espectro de parámetros del modelo dentro del rango fisiológico. También se investiga el papel de la plasticidad neuronal en la transición SR-SA. Los resultados obtenidos a partir del modelo se comparan con los obtenidos experimentalmente en monos cuando realizan ciertas tareas cognitivas. En algunos casos, una influencia direccional dominante de un área cortical a otra se acompaña de un retardo que puede ser negativo o positivo. Se presenta un modelo para las relaciones entre dos regiones corticales del cerebro y se compararan los resultados numéricos con los datos experimentales, obteniendo un excelente acuerdo.

S'anomenen cristalls bifuncionals aquells que posseeixen simultàniament propietats d'òptica no lineal i propietats làser. Aquest tipus de materials són molt interessants ja que, combinant aquestes dues propietats, poden auto-generar radiació làser en la regió electromagnètica del blau (≈ 450 nm) o del verd (≈ 550 nm). Els materials làser d'estat sòlid que generen radiació làser en el rang electromagnètic visible (≈ 400-800 nm) tenen actualment un paper molt important en el desenvolupament tecnològic de dispositius làser i òptics en general ja que són interessants per un gran nombre d'aplicacions com són: l'emmagatzematge òptic d'informació d'alta densitat (HDVD, per exemple), reprografia, pantalles de color, medicina, biotecnologia, comunicacions submarines, comunicacions atmosfèriques transparents, etc.Aquest tipus de fonts làser compactes emetent en el visible poden ésser desenvolupades utilitzant un cristall bifuncional. Aquests làsers auto-dobladors de freqüència tenen associades menys pèrdues (absorció, reflexió i dispersió) que làsers dobladors de freqüència intracavitat, que significa que el disseny del ressonador és més simple i compacte. Actualment, la recerca en aquest camp està centrada en el desenvolupament de nous materials no-centrosimètrics que presentin propietats d'òptica no-lineal i que puguin allotjar ions làser actius, majoritàriament ions lantànid. Els materials d'òptica no-lineal tenen la capacitat de generar el segon harmònic de la radiació, és a dir, de doblar la seva freqüència. Si un material d'òptica no-lineal conté un ió lantànid que generi radiació làser en la regió infraroja d'aproximadament =1000 nm, podrà auto-doblar-ne la freqüència, és a dir, reduir-ne a la meitat la longitud d'ona, =500 nm, que correspon a la regió electromagnètica del blau o el verd.El fosfat doble de potassi i gadolini de tipus III, KGd(PO3)4 (KGP), que és objecte d'aquesta tesi doctoral, és un cristall d'estructura no-centrosimètrica i per tant amb el requisit estructural necessari per a posseir propietats d'òptica no-lineal. Es va plantejar l'objectiu de sintetitzar i caracteritzar aquest cristall i a més de substituir parcial o totalment l'ió gadolini per un ió lantànid actiu en la zona de 1000 nm, com són l'iterbi i el neodimi, per tal d'aconseguir desenvolupar un nou cristall auto-doblador de freqüència.Així doncs, l'objectiu de la present tesi doctoral va ésser l'estudi del creixement cristal.lí del KGP i del KGP dopat amb iterbi o neodimi i la seva posterior caracterització. Com que el fosfats doble de potassi i lantànid fonen incongruentment, és a dir, que es descomponen abans de fondre, és necessari utilitzar un mètode de creixement cristal.lí a partir de solució a alta temperatura per créixer cristalls. Aquest mètodes permeten créixer a una temperatura per sota la temperatura de fusió del material, i per tant evitar-ne la seva descomposició. El mètode que nosaltres em utilitzat per créixer monocristalls de KGP pur i dopat és l'anomenat top seeded solution growth-slow cooling (TSSG-SC), que permet créixer els cristalls lliures en la solució disminuint lentament la seva temperatura a partir de la temperatura se cristal.lització. Això permet obtenir cristalls volúmics amb formes cristal.logràfiques desenvolupades lliurament i determinades a partir de l'estructura cristal.lina. Després d'optimitzar el procés de creixement, hem aconseguitr sintetitzar cristalls lliures de macrodefectes i d'una mida suficient pel seu estudi i possible posterior aplicació. Posteriorment, els cristalls han estat caracteritzats estructuralment, físicament, òpticament i espectroscòpicament.Finalment, s'han realitzat experiències de laserat amb Yb:KGP, obtenint uns resultats força encoratjadors, ja que s'ha aconseguit generar radiació làser per primer cop en aquest cristall dopat amb iterbi amb un nivell de dopatge força baix.Com a conclusió i després dels resultats de l'estudi, podem dir que els cristalls de Yb:KGP i Nd:KGP poden ésser considerats com a candidats prometedors per a ser aplicats com a cristalls auto-dobladors de freqüència ja que s'ha provat la seva capacitat tant de generar segon harmònic com de generar radiació làser. / Bifunctional crystals are those in which the nonlinear optical process and the laser effect occur simultaneously. This kind of materials is very promising for compact solid-state laser designs operating in the visible because solid-state lasers operate mainly in the infrared. So, the nonlinear and laser properties can combine to generate blue (≈ 450 nm) or green (≈550 nm) laser radiation by self-frequency doubling. Solid-state laser sources operating in the visible spectral region (≈400-800 nm) play an important role in laser technology they are potentially interesting for numerous applications such as high-density optical data storage, reprographics, colour displays, medicine, biotechnology, submarine communications, transparent atmosphere communications, etc.Such compact laser sources can be managed from frequency conversion by nonlinear optical processes such as frequency doubling and sum-frequency mixing by using a bifunctional crystal. Such self-frequency doubling (SFD) lasers involve fewer losses (absorption, reflection and scattering) than the intracavity frequency doubling lasers, which means that resonator designs are simpler and more compact.Currently, efforts are focussed on the development of new noncentrosymmetric crystals with nonlinear optical properties to be used as a host for active laser ions, and mostly lanthanide ions. Nonlinear optical materials are able to double the frequency of the laser emission generated by the active ion hosted in it. Nonlinear crystals with suitable sites for lanthanide ions which emit in the infrared region around 1 m may be able to self-double the frequency, i.e. to reduce the wavelength to the half, =500 nm, which is in the blue or green spectral region.The aim of this doctoral thesis is to synthesize and characterize the type III double phosphate of potassium and gadolinium, KGd(PO3)4 (KGP), either undoped or doped ordoped with ytterbium or neodymium, both of them emitting in the 1 m region.The KGP crystal is noncentrosymmetric, so with the indispensable requirement to have nonlinear optical properties. We propose to use this crystal as a nonlinear host for alternatively ytterbium (Yb3+) or neodymium (Nd3+) to develop a new promising selffrequency doubling laser crystal to generate blue-green laser radiation.As double phosphates of potassium and lanthanide melt incongruently, i.e. they decompose before melting, a high-temperature solution growth method has to be used to growth the crystals. This kind of growth methods allows growing the crystal under its melting point and so avoiding its decomposition. We use the top seeded solution growth-slow cooling (TSSG-SC) to grow the undoped and Yb- or Nd-doped KGP single crystals. This kind of growth method allows to freely growing the crystals in the solution by slowly cooling its temperature from the crystallization temperature. It allows obtaining bulk crystals with freely developed crystallographic forms determined by the crystals structure. By optimizing the growth process, we have successfully grown macrodefect-free crystals large enough for later characterizations and possible final application. The crystals have been structurally, physically, optically and spectroscopically characterized. Finally, laser operation with Yb:KGP has been proved for the first time. Although the low ion doping level in the crystal, the rather high slope efficiency obtained with this first sample is rather promising for the future.In conclusion, single crystals of Yb:KGP and Nd:KGP can be regarded as a promising candidates to be applied as a self-frequency doubling crystals since it has been proved both the second harmonic generation ability and the laser operation.

En los últimos años, las capas delgadas ópticamente activas han adquirido una gran importancia, debido a sus aplicaciones en dispositivos ópticos integrados y dispositivos láser. Un láser de capa delgada requiere capas con una elevada concentración de ión activo y, que a su vez, tengan una elevada sección eficaz de absorción y emisión. Este tipo de láseres presentan como ventajas una mejor refrigeración axial del medio evitándose así problemas como el efecto lente. Los cristales monoclínicos de KRE(WO4)2 con RE=Y, Lu, son materiales utilizados como matrices láser de estado sólido debido a que permiten la substitución parcial o total de uno de los iones de su estructura, por otros iones activos en la emisión láser. Además, presentan una elevada estabilidad química. El objetivo de esta tesis ha sido la obtención de capas de Yb:KYW/KYW y Yb:KLuW/KLuW, de elevada calidad para la posterior realización de experimentos láser. El proceso de crecimiento ha sido optimizado con el principal objetivo de conseguir la máxima concentración de ión activo en las capas epitaxiales. Éstas han sido caracterizadas estructural y espectroscópicamente, mostrando resultados prometedores para la emisión láser. La última parte de esta tesis se ha dedicado al estudio de los experimentos láser, en los que hemos conseguido obtener radiación láser con una longitud de onda alrededor de los 1030 nm con una elevada pendiente de eficiencia, la cual en algunos casos ha excedido las publicadas previamente para los correspondientes monocristales dopados con iterbio.Keywords: Top Seeded Solution Growth, Liquid Phase Epitaxy, KRE(WO4)2, Materiales láser. / In the past few years, optically active thin layers have attracted much attention due to the possibility of using it in the integrated optics as well as thin disk laser technology. The thin disk laser concept need layers hundreds of microns thick highly doped with active ions and high absorption and emission cross section. The lasers based on thin films have the advantage of high beam quality with high efficiency, making possible to obtain high power with low thermal lensing.The crystals of the monoclinic tungstates, such as KRE(WO4)2 with RE=Y, Lu, are attractive materials to be used as solid state host doped with lanthanide ions as ytterbium due to the possibility of obtaining highly doped active media.The aim of this thesis is to investigate how to obtain thin layers of Yb:KYW/KYW and Yb:KLuW/KLuW, with quality enough for laser experiments. The growth process has been optimized in order to obtain crystalline layers with high ytterbium concentration. Structural and spectroscopic properties of these layers have been studied, suggesting that laser emission can be achieved.The last part of thesis is dedicated to study the laser experiments. We have achieved laser emission around 1030 nm with high slope efficiency, which in some cases exceeded the reported for the ytterbium doped bulk crystalsKeywords: Top Seeded Solution Growth, Liquid Phase Epitaxy, KRE(WO4)2, Laser materials

Los láseres de semiconductor conocidos como VCSELs (láseres de cavidad vertical emisores de superficie) aparecen como una de las fuentes láser del futuro en redes de telecomunicaciones debido a sus excelentes prestaciones. Los VCSELs, operan en régimen monomodo longitudinal y por lo general muestran características complejas de polarización y de dinámica multimodo transversal. Comprender y controlar la polarización de los VCSELs es crucial para su uso en aplicaciones sensibles a la polarización como discos magneto-ópticos y sistemas de detección coherente. El efecto de la inyección óptica en los VCSELs es el principal objeto de esta Tesis. Estudiar los efectos de la inyección óptica en estos dispositivos es interesante porque el grado de libertad extra otorgado por la polarización, juega un papel importante en la respuesta dinámica del dispositivo bajo inyección óptica. En esta tesis analizamos la dinámica no lineal y las propiedades de polarización de los VCSELs monomodo y multimodo emitiendo cerca de 1550 nm cuando son sometidos a inyección óptica. Típicamente hemos empleado montajes experimentales en fibra óptica, aunque algunos resultados experimentales con VCSELs operando cerca de 850 nm, se han realizado trabajando en aire. / The semiconductor lasers known as VCSELs (Vertical Cavity surface Emiting Lasers) are ideal candidates as laser sources in future optical telecommunication networks due to their excellent performance. Although VCSELs are intrinsically single-longitudinal mode devices, they usually show complex polarization characteristics and multi-transverse mode dynamics. Understanding and controlling the VCSEL polarization is crucial for their use in polarization-sensitive applications as magneto-optical disks and coherent detection systems. The main aim of this thesis is the study of how external optical injection affects light emitted by VCSELs. The study of optical injection effects in VCSELs is interesting because the intrinsic polarization degree of freedom plays a key role in the dynamical response of the device under optical injection. In this thesis we analyze, mainly in an experimental way, the nonlinear dynamics and the properties of polarization and transverse modes of a VCSEL subject to optical injection. We have used an all-fiber setup although some experimental results using 850-nm VCSELs working in free space are also reported.

This thesis is devoted to quantitative description, analysis, and modeling of complex social systems in the form of online social networks. Statistical patterns of the systems under study are unveiled and interpreted using concepts and methods of network science, social network analysis, and data mining. A long-term promise of this research is that predicting the behavior of complex techno-social systems will be possible in a way similar to contemporary weather forecasting, using statistical inference and computational modeling based on the advancements in understanding and knowledge of techno-social systems. Although the subject of this study are humans, as opposed to atoms or molecules in statistical physics, the availability of extremely large datasets on human behavior permits the use of tools and techniques of statistical physics. This dissertation deals with large datasets from online social networks, measures statistical patterns of social behavior, and develops quantitative methods, models, and metrics for complex techno-social systems. / La presente tesis está dedicada a la descripción, análisis y modelado cuantitativo de sistemas complejos sociales en forma de redes sociales en internet. Mediante el uso de métodos y conceptos provenientes de ciencia de redes, análisis de redes sociales y minería de datos se descubren diferentes patrones estadísticos de los sistemas estudiados. Uno de los objetivos a largo plazo de esta línea de investigación consiste en hacer posible la predicción del comportamiento de sistemas complejos tecnológico-sociales, de un modo similar a la predicción meteorológica, usando inferencia estadística y modelado computacional basado en avances en el conocimiento de los sistemas tecnológico-sociales. A pesar de que el objeto del presente estudio son seres humanos, en lugar de los átomos o moléculas estudiados tradicionalmente en la física estadística, la disponibilidad de grandes bases de datos sobre comportamiento humano hace posible el uso de técnicas y métodos de física estadística. En el presente trabajo se utilizan grandes bases de datos provenientes de redes sociales en internet, se miden patrones estadísticos de comportamiento social, y se desarrollan métodos cuantitativos, modelos y métricas para el estudio de sistemas complejos tecnológico-sociales.