El objetivo principal de la tesis es el análisis y la reducción del ruido en la electrocardiografía de alta resolución con el propósito de mejorar la detección de los potenciales ventriculares tardíos. La hipótesis es que un cuidadoso análisis del ruido y de las técnicas empleadas actualmente para su reducción permitirá proponer mejoras a dichas técnicas. En otra tesis (Fernández, 1996) se estudian diversos métodos de reducción de ruido en el momento de realizar la adquisición, tales como el apantallamiento de los electrodos, la utilización de electrodos activos y las técnicas de relajación del paciente.Nosotros nos basamos en registros adquiridos sin aplicar dichas técnicas, pues no es lo habitual en un entorno hospitalario. Por otra parte, hemos analizado y propuesto técnicas de reducción del ruido electrónico del sistema de adquisición, pues una vez aplicadas las técnicas propuestas en la mencionada tesis para la reducción de las otras fuentes de ruido, puede que el ruido electrónico sí adquiera relevancia.Otra de las fuentes de ruido es la interferencia producida por la red de distribución eléctrica. Sin embargo, los filtros de red habituales introducen una distorsión inaceptable en la señal electrocardiográfica de alta resolución. Otro de los objetivos de la tesis será, pues, el desarrollo de un nuevo filtro para las interferencias de red que no distorsione la fase de la señal de interés y que no anule la componente de la señal a la frecuencia de red ni armónicos.La reducción de ruido conseguida mediante promediado de señal depende de la estacionariedad del ruido, tema al que no se le ha prestado la debida atención. Otro objetivo de la tesis será, pues, el análisis de la estacionariedad del ruido, tanto para derivaciones superficiales como esofágicas. Esto nos permitirá criticar y mejorar los métodos actuales de reducción de ruido. También definiremos y estudiaremos nuevos métodos de reducción de ruido no estacionario.Describimos brevemente el contenido de cada uno de los capítulos que siguen. El segundo capítulo está dedicado al análisis y reducción del ruido del sistema electrónico. El tercer capítulo está dedicado a la reducción de la interferencia de red. En el cuarto capítulo se analiza la estacionariedad del ruido y se proponen varios métodos de reducción de ruido no estacionario. Mediante estos métodos se puede reducir el ruido de las otras dos fuentes: el ruido de los electrodos y el ruido fisiológico (EMG). En el capítulo quinto se describe la aplicación de las técnicas desarrolladas a la detección de potenciales ventriculares tardíos. Finalmente, en el sexto capítulo se describen las conclusiones que se han obtenido.

Los resultados que se analizan en este trabajo proceden fundamentalmente de dos polímeros (PET, PEN) y hemos utilizado esencialmente la técnica TSC centrándonos en el comportamiento de los mecanismos de conducción ligados a las correspondientes relajaciones en función de la cristalización fría y del envejecimiento físico de los materiales.Los capítulos 1, 2 y 3 describen las características básicas de los polímeros y de los electretes y presentan los fundamentos teóricos de las técnicas que se han utilizado.El capítulo 4 se dedica a exponer el montaje experimental que hemos realizado de los dispositivos utilizados en las medidas. Nuestro trabajo experimental queda condensado en los capítulos 5, 6, 7 y 8 cuyos resultados están basados en diversos trabajos de investigación que se han presentado en diferentes congresos nacionales e internacionales, y que han dado lugar a diversas publicaciones. En el capítulo 5 [1, 2] se comparan los resultados obtenidos a partir de electretes polarizados convencionalmente con los obtenidos por ventanas térmicas. El capítulo 6 [2,3] muestra los efectos que causan la cristalización fría realizada por etapas sobre las relajaciones dieléctricas y de carga libre. El capítulo 7 [4, 5] estudia los efectos del envejecimiento sobre PET amorfo analizado con y sin carga en corona. El capítulo 8 [6] estudia el comportamiento del PET con diferentes grados de cristalinidad y sometido a diferentes tiempos de envejecimiento. / A comparative study of the different relaxations present in amorphous and partially crystallized poly(ethylene terephthalate) (PET) and poly(ethylene-2,6-naphthalene dicarboxylate) (PEN) have been carried out by thermally stimulated depolarization currents (TSDC), thermally stimulated polarization currents (TSPC), differential scanning calorimetry (DSC) and dynamic electric analysis (DEA). Amorphous film (PET and PEN) has been crystallized by the thermal step stimulation method. DSC measurements of these samples show the appearance of a small endothermic recrystallization peak once the crystallization of the sample is completed. This recrystallization peak increases and shifts towards higher temperatures as the sample is further heat treated. Associated with the appearance of this endothermic peak, the  relaxation passes through a maximum with a sharp decrease with further heat treatment. -relaxation shifts to high temperature and broadens with the increase of degree of crystallinity. Physical ageing in (PET) has been studied by (DSC), (TSDC) and (TSPC) as a function of the material crystallinity degree. In first case physical ageing was carried out annealing the amorphous sample at 60ºC for several ageing times (from ta=0 to 264h). Structural relaxation has been studied by DSC through the analysis of the endothermic peak superposed to the glass transition, which increases and shifts towards higher temperatures as the annealing time increases. Current measurements spectrums of annealed samples show the appearance of a relaxation peak which we named αa . The evolution of this peak with the annealing time is presented, and it has been related directly to the endothermic peak obtained by DSC. Experiences carried out show the dipolar origin of the αa peak, related to the polarization of chains within the material when mobility is recovered above Tg. Calorimetric measurements confirm the presence of two separated glass transitions in partially crystallized samples (xc=27%), associated with the presence of two different amorphous regions. TSPC measurements on aged samples show a current peak, which is directly related to the polarization of the amorphous regions when mobility is recovered above the glass transition. The study of these peaks in aged partially crystallized samples shows evidences of a double glass transition associated with the interspherulitic and interlamelae amorphous regions.

El estudio de la medida de la salinidad del océano junto con la humedad del terreno constituyen dos de las aplicaciones más importantes dentro del mundo de la teledetección que no han sido estudiadas hasta la fecha. Concretamente esta tesis se va a centrar en la primera de ellas. La concentración salina de los océanos está ligada al clima y, en consecuencia su conocimiento a nivel global en cada instante puede representar un buen índice de referencia a la hora de realizar las predicciones climáticas, ya que es un indicador de las corrientes marinas, y de la diferencia entre evaporación y precipitación. En el mes de mayo de 1999 la Agencia Espacial Europea (ESA) seleccionó la misión SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity) con el fin de realizar estudios en ambos campos, utilizando un radiómetro de apertura sintética bidimensional en banda L (MIRAS; Microwave Imagin Radiometer by Aperture Synthesis) instalado en un satélite que se prevé será puesto en órbita a principios del año 2007.Con objeto de mejorar los modelos de emisión del mar en banda L y de estudiar la recuperación de la salinidad mediante medidas radiométricas multiangulares, la ESA aprobó el experimento WISE (WInd and Salinity Experiment) que se realizó a lo largo de dos campañas, durante los últimos meses de los años 2000 y 2001 en la plataforma petrolífera Casablanca, situada 50 Km mar adentro frente a las costas de Tarragona. En dichas campañas participaron cinco grupos de científicos de diferentes países (España, Francia y Estados Unidos).La finalidad de los experimentos fue el estudio de la temperatura de brillo del mar teniendo en cuenta la influencia de su estado provocado por el viento, la espuma, el mar de fondo, etc. Para ello se utilizó un radiómetro de apertura real tipo Dicke completamente polarimétrico, diseñado y construido en la UPC (Universitat Politècnica de Catalunya) a tal efecto.La tercera campaña, FROG (Foam, Rain, Oil slicks and GPS reflectometry) fue patrocinada por el Ministerio de Ciencia y Tecnología y se realizó durante la primavera del año 2003, junto a la desembocadura del Río Ebro. Ésta consistió en determinar la contribución en la variación de la temperatura de brillo debida a algunos de los efectos ya mencionados tales como: la espuma, la lluvia y las manchas de aceite. Las medidas de la temperatura de brillo se realizaron variando la concentración salina a voluntad, desde 0 psu hasta 38 psu y, estudiando separadamente cada uno de estos efectos.

Actualmente estamos viviendo en la era de la información, la cual se caracteriza por una sobreabundancia de información. El incremento del tráfico de datos en las redes de telecomunicaciones (sobre todo audio y video en Internet) hace que el desarrollo de dispositivos vaya encaminado a conseguir dispositivos con mayor ancho de banda y velocidad, sustituyendo dispositivos electrónicos por ópticos. Los cristales fotónicos son estructuras artificiales con modulación periódica del índice de refracción. Es habitual distinguir entre cristales fotónicos de una, dos o tres dimensiones según el número de dimensiones de la periodicidad en el interior de su estructura. Sus principales propiedades son: 1) La existencia del conocido como "Photonic Band Gap" (PBG), en el cual la radiación electromagnética queda impedida y que permite la existencia de modos localizados introduciendo puntos o líneas de defectos; 2) El modo de propagación de Bloch sin pérdidas debidas al efecto PBG. Estas propiedades son excepcionales y convierten a los cristales fotónicos en principales candidatos para el futuro diseño de circuitos nanofotónicos, los cuales substituirán a los electrónicos.En esta tesis se han estudiado las propiedades ópticas de cristales fotónicos metalo-dieléctricos bidimensionales. También se han propuesto dos aproximaciones numéricas para calcular las dichas propiedades:a) cálculo de las bandas características de dispersión por el método de expansión de ondas planas. Las características de dispersión son las relaciones entre la frecuencia y el vector de onda de los modos propios del cristal fotónico infinito y son muy importantes para estudiar las propiedades ópticas de tales estructuras. Con este método también es posible obtener el campo de distribución de los modos propios;b) simulación de estructuras finitas por el método de las diferencias finitas, por el cual es posible obtener los coeficientes de transmisión y de reflexión. También permite estudiar los factores de calidad de dichas estructuras.Conclusiones generales de la tesisDebido al alto nivel de integración y al bajo coste de fabricación, los cristales fotónicos metalo-dieléctricos tienen propiedades muy interesantes que los hacen susceptibles de ser utilizados como dispositivos ópticos pasivos. Algunas de estas propiedades fueron estudiadas en esta tesis.a) se ha analizado el efecto de la variación de la constante dieléctrica del fondo en la banda fotónica de la estructura para una red bidimensional cuadrada con pilares cilíndricos metálicos y triangulares con pilares rectangulares metálicos. El incremento de la constante dieléctrica del fondo permite la creación de una nueva banda prohibida, el desplazamiento de las bandas hacia bajas frecuencias y el alisamiento de las mismas, lo cual implica una reducción de la velocidad de grupo. Se ha demostrado que, para la red cuadrada, incrementando la constante dieléctrica del fondo (εb) se pueden adaptar las frecuencias de la PBG para alcanzar una banda prohibida relativa del 42,3% para TM1-2 y del 13,8% para TM3-4. Estudiando el campo de distribuciones y cómo éste cambia incrementando la constante de fondo se ha demostrado que la nueva banda prohibida aparece debido a que alguna banda fotónica sufre un mayor desplazamiento a más bajas frecuencias respecto de otras, y esta diferencia in el desplazamiento es explicada por la distinta cantidad de energía electromagnética en el interior la región metálica de distintas bandas. Se ha demostrado que los cristales fotónicos metalo-dieléctricos constituidos por una red triangular de pilares cuadrados embebidos en un material de fondo con constante dieléctrica de fondo distinta se pueden obtener bandas fotónicas prohibidas en polarización TM. Se ha hallado que para tener tal banda fotónica prohibida la constante dieléctrica de fondo debe ser como mínimo 1.6. También se ha demostrado que se pueden modular anchos de banda fotónica prohibida utilizando materiales de fondo con diferentes εb o cambiando la fracción de llenado. De esta forma, bandas prohibidas relativas superiores al 10% pueden conseguirse con fracciones de llenado alejadas de la condición de empaquetado máximo. Estos resultados muestran que pueden conseguirse anchos de bandas prohibidas relativas considerables mediante una selección adecuada del fondo dieléctrico y de la composición metálica del cristal fotónico metalo-dieléctrico.b) Se ha estudiado la influencia de la constante dieléctrica del fondo sobre las frecuencias resonantes y sobre los factores de calidad (Q) para cristales fotónicos metalo-dieléctricos bidimensionales con defectos. También se analizó la dependencia de estas frecuencias resonantes y de los factores (Q) con el radio de dichos defectos. Se observó que, de igual modo que en el caso de las frecuencias límite de la banda fotónica prohibida, las frecuencias resonantes se desplazan hacia valores más bajos con un incremento de la constante dieléctrica de fondo, y que la posición relativa de las mismas dentro de la PBG no es modificada por el cambio de material de relleno. En general, el factor (Q) incrementa su valor al incrementar la constante dieléctrica de fondo. Por consiguiente, se pueden conseguir elevados valores del factor de calidad utilizando materiales de relleno con εb mayores. También se encontró que el factor de calidad puede sintonizarse modificando el radio del defecto (rd), aunque el comportamiento de (Q) con (rd),es diferente para los distintos para los distintos modos considerados. Hemos demostrado que elevados factores (Q) pueden obtenerse utilizando estructuras resonantes basadas en cristales fotónicos metalo-dieléctricos con defectos en una de las posiciones de la red. Esto abre un amplio campo de aplicaciones, puesto que los factores (Q) expuestos en este estudio pueden aumentarse en mayor medida considerando defectos de mayor complejidad.c) Se estudió la influencia de las pérdidas en las frecuencias de resonancia y los factores de calidad de los cristales metalo-dieléctricos bidimensionales de plata. El cristal fotónico con una constante de red de 300 nm está compuesto de nanopilares de plata con un radio de 142 nm. Se emplearon parámetros de ajuste del modelo de Drude para describir adecuadamente la dependencia experimental de la frecuencia con respecto a la constante dieléctrica de la plata para un rango de longitud de onda de 300 nm hasta 900nm. Demostramos que los factores de calidad de los cristales fotónicos metalo-dieléctricos de plata para distintos modos tienen comportamientos diferentes. Los factores de calidad para el modo monopolar son una función monótonamente decreciente de εb. No obstante, los factores de calidad para el modo dipolar alcanzan su máximo con εb = 2, y para el segundo orden monopolar y tetrapolar los factores de calidad máximos se obtuvieron para εb = 3. Un mayor incremento de la constante dieléctrica de fondo se traduce en una reducción de los factores de calidad. También se ha mostrado cómo se ven afectados los factores de calidad por las pérdidas introducidas por metales en frecuencias ópticas. Los resultados obtenidos demuestran que pueden conseguirse factores de calidad mayores seleccionando adecuadamente el material de relleno y los radios de los nanopilares. / We are living in the information age with an over-abundance of information everywhere we turn. The increasing traffic of data in the telecommunication networks (audio video in the Internet) leads to the development of new devices with greater bandwidth and velocity by substituting electronic devices by optical ones. Such devices can be achieved by using the photonic crystal technology that is one of the most important scientific areas with a huge industrial potential. Photonic crystals are artificial structures with periodic modulation of refractive index. It is common to distinguish one-, two- and three-dimensional photonic crystals by the number of dimensions within which the periodicity has been introduced into the structure. The most important properties are: 1) the existence of the photonic band gap (PBG), where the electromagnetic radiation is not allowed and also permits the existence of localized modes by introducing point or linear defects; 2) the Bloch's mode propagation without losses due to the photonic band gap effect. Such exceptional properties of photonic crystals convert them into principal candidates for future design of nanophotonics circuits that will substitute electronic ones. In this thesis we have studied optical properties of two-dimensional metallo-dielectric photonic crystals. We have proposed two numerical approximations for calculating such properties a) calculation of dispersion characteristics gaps by plane-wave expansion method. The dispersion characteristics are relations between frequency and wavevector of the eigenmodes of the infinite photonic crystal and they are very important to study the optical properties of such structures. Also, with this method it is possible to obtain field distribution of eigenmodes.b) simulation of finite structures by finite-difference time domain method. By this method it is possible to obtain transmission and reflection coefficients. Also, this method permits to study the quality factors of such structures.General conclusions of the thesis:Due to the high-level of integration and low cost fabrication metallo-dielectric photonic crystals have very interesting properties for using as passive optical devices. Some of these properties were studied in this thesis.a) We have analyzed the effect of the variation of the background dielectric constant on the photonic band structure for a two-dimensional square lattice of circular metallic rods and triangular lattice wit square rods. Increasing the background dielectric constant leads to the creation of a new gap, to the shift of the bands towards the low frequencies and to the flattening of the bands which means the reduction on the group velocity. We demonstrated that, for square lattice, increasing dielectric constant of background (εb) can be used to tailor the PBG frequencies to achieve a relative band gap as large as 42.3% for TM1-2 and 13.8% for TM3-4. By studying the field distributions and how they change with increasing background we have shown that the new band gap appears because some photonic bands have a larger shift to lower frequencies than others, and this difference in the shift is explained by the different amount of electromagnetic energy within the metal region for the different bands. We have shown that 2D metallo-dielectric photonic crystals consisting of a triangular lattice of square rods embedded into background materials with different dielectric constants can have absolute Photonic Band Gaps in TM polarization. We have found out that in order to have such a PBG the dielectric constant of the background must be at least 1.6. We have also shown that the PBG widths can be tuned by using background materials with different εb or by changing the filling fraction. In this way, relative band gaps larger than 10% can be achieved for filling fractions away from the close packed condition. These results show that large relative band gap widths can be achieved by a careful selection of the background dielectric and of the metal composing the metallo-dielectric photonic crystal. b) We have studied the influence of the background dielectric constant on the resonant frequencies and quality factors (Q) of two-dimensional metallo-dielectric photonic crystals with defect sites. We have also analyzed the dependence of these resonant frequencies and Q factors with the defect radius. We have found that, as it happens with the Photonic Band Gap edge frequencies, the resonant frequencies shift to lower values with increasing background dielectric constant, and that the relative position of the resonant frequencies within the PBG is not affected by the change in the host material. In general, the Q factor increases with increasing background dielectric constant. Thus, high values of quality factor can be obtained using host materials with bigger εb. We have also found that the quality factor can be tuned also by changing the defect radius (rd), although the behaviour of the Q with rd is different for the different modes considered. We have shown that high Q factors can be obtained by using resonant structures based on metallo-dielectric photonic crystals with a defect on one of the lattice positions. This opens a wide field of application, since the Q factors demonstrated in this work can be further enlarged by the consideration of more complex defectsc) We studied the influence of the losses on the resonant frequencies and the quality factors of two-dimensional silver metallo-dielectric photonic crystals. The photonic crystal with lattice constant 300 nm is composed of silver nanorods with radius equal to 142 nm. We used fitted parameters of Drude model to adequately describe the frequency-dependent experimental dielectric constant of silver from 300 nm to 900 nm wavelength range. We have shown that the quality factors of different modes of silver metallo-dielectric photonic crystals behave different. The quality factors of monopole mode are monotonically decreasing function of the εb. However, the quality factors of dipole reach their maximum for εb = 2, and for the 2nd order monopole and quadrupole the maximum quality factors found for εb = 3. Further increasing of dielectric constant of background leads to decreasing in the quality factors. Also, we have shown how the quality factors are affected by losses introduced by metals at optical frequencies. Obtained results show that larger quality factors can be achieved by carefully selecting the host materials and the radiuses of the nanorods.

En aquesta tesi s'ha desenvolupat una tècnica de test que permet testar un LNA i un mesclador, situats en el capçal RF d'un receptor CMOS, en una configuració de test semblant al mode normal de funcionament.La circuiteria necessària per a implementar aquesta tècnica consta d'un generador IF, per a generar el senyal IF de test, i d'un mesclador auxiliar, per a obtenir el senyal RF de test.Les observables de test escollides han estat l'amplitud de la tensió de sortida del mesclador i el component DC del corrent de consum.S'ha estudiat l'eficàcia de la tècnica de test proposada utilitzant les estratègies de test estructural i predictiu, mitjançant simulacions i mesures experimentals. La seva eficàcia és comparable a altres tècniques de test existents, però l'àrea addicional dedicada a la circuiteria test és inferior. / En esta tesis se ha desarrollado una técnica de test que permite verificar un LNA y un mezclador, situados en el cabezal RF de un receptor CMOS, en una configuración de test similar al modo normal de funcionamiento.Los circuitos necesarios para implementar esta técnica son: un generador IF, que permite generar la señal IF de test, y un mezclador auxiliar, para obtener la señal RF de test.Las observables de test seleccionadas han sido la amplitud de la tensión de salida y la componente DC de la corriente de consumo.Se ha estudiado la eficacia de la técnica propuesta usando las estrategias de test estructural y predictiva, mediante simulaciones y medidas experimentales. Su eficacia es comparable a otras técnicas existentes, pero el área dedicada a la circuiteria de test es inferior. / This PhD thesis develops a test technique intended for the RF front end of CMOS integrated receivers. This test technique allows testing individually the building blocks of the receiver in a sequential way. The test mode configuration of each block is similar to the normal mode operation. The auxiliary circuitry required to generate the test stimuli consists of an IF generator, which generates the IF test signal, and an auxiliary mixer that produces the RF test signal by mixing the IF test signal with the local oscillator signal.The test observables selected for the test are the voltage amplitude after the IF amplifier, and the DC component of the supply current in each block.The capability of the proposed test technique to perform structural and predictive test strategies has been validated by simulation and experimentally. Its efficiency is comparable to other existing techniques, but the silicon area overhead is lower.

Η παρούσα διπλωματική εργασία αποτελεί μια αναλυτική περιγραφή της κατασκευής και της βαθμονόμησης ενός καθετήρα για τη μέτρηση ηλεκτρικού πεδίου σύμφωνα με τη μέθοδο των M.Meek και M.M.C.Collins. Αυτή πραγματοποιήθηκε στο Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών του Πανεπιστημίου Πατρών. Αρχικά, στο Κεφάλαιο 1 γίνεται μια σύντομη παρουσίαση της μεθόδου, όπως αυτή δημοσιεύθηκε από τους Meek και Collins [1]. Περιγράφονται με μαθηματικές σχέσεις οι βασικές αρχές πάνω στις οποίες στηρίζεται η λειτουργία του καθετήρα και η μέτρηση του πεδίου. Στο Κεφάλαιο 2 γίνεται αναλυτική παρουσίαση της πειραματικής διάταξης που σχεδιάσθηκε- κατασκευάστηκε για την παρούσα εργασία. Επίσης, περιλαμβάνονται τα χαρακτηριστικά της γεννήτριας υψηλών τάσεων κι όλων των μετρητικών οργάνων που χρησιμοποιήθηκαν. Το Κεφάλαιο 3 περιέχει την αναλυτική βαθμονόμηση του καθετήρα και τη δοκιμή του για τη μέτρηση ανομοιογενών πεδίων μη-διασπαστικών εκκενώσεων παραγόμενων από διακοπτικές κρουστικές τάσεις. Παρουσιάζονται σήματα από τις μετρήσεις που έλαβαν χώρα τόσο κατά τη διάρκεια της βαθμονόμησης όσο και κατά τη διάρκεια δοκιμών του καθετήρα. Γίνεται, τέλος, μια προσπάθεια ερμηνείας κι επεξεργασίας των σημάτων. Στο Κεφάλαιο 4 δίνονται τα συμπεράσματα που εξήχθησαν από όλη τη διαδικασία της κατασκευής, της βαθμονόμησης και των δοκιμών. / The current thesis discusses the construction and calibration of Meek and Collins probe for electric field measurements.

Aquesta tesi descriu el desenvolupament d’un microgenerador ressonant compatible amb la tecnologia de Si, especialment adequat per extreure energia mecànica residual de l’ambient. Aquesta mena de font “perpètua” d’energia pot ser molt adient per alimentar sensors abandonats. El disseny d’aquest tipus de microgeneradors electromagnètics consta d’un sensor de moviment i d’un transductor electromagnètic amb un moviment relatiu entre l’imant i la bobina. El principal avantatge d’aquest dispositiu és la simplicitat del disseny per aprofitar les vibracions provinents del motor d’una màquina caracteritzades per presentar una freqüència ben definida però de baixa amplitud. Per poder amplificar-ne l’amplitud, es treballa en condicions de ressonància i s’ajusta la freqüència de ressonància de l’estructura a la de les vibracions. El dispositiu està format per una bobina micromecanitzada i un imant mòbil que actua com a massa inercial en una estructura ressonant. El disseny del microgenerador electromagnètic ressonant es realitza a partir de l’estudi del principi d’operació, que permet modelitzar tant el moviment de la massa inercial com la distribució de les línies del camp magnètic. Mitjançant simulacions per elements finits (ANSYS), s’analitza per una banda la influència de la geometria i materials del ressonador i per altra banda, els paràmetres geomètrics i del material conductor de la microbobina en la tensió i la potència generades. A partir dels resultats obtinguts amb una sèrie de mesures experimentals amb ressonadors amb membranes de Kapton de diferents mides amb la microbobina s’ha realitzat una sèrie de mesures experimentals, per a caracteritzar-los tant a nivell elèctric com a nivell mecànic, i mitjançant diferents simulacions addicionals del dispositiu es realitza un “roadmap” per a l’optimització. Basant-se aquestes primeres conclusions es fabrica un altre joc de prototips amb unes bobines micromecanitzades de Cu en les que s’han inclòs algunes de les optimitzacions. D’una banda, s’ha disminuït l’esmorteïment paràsit, per millorar-ne la ressonància i d’altra banda s’ha incrementat la densitat d’espires i s’ha disminuït la resistència en sèrie de la microbobina, per augmentar-ne la variació de flux. Aquesta reducció de la resistència s’ha aconseguit amb la implementació de processos electroquímics per a fabricar bobines amb pistes més gruixudes. Els resultats obtinguts amb la seva caracterització, se’ls ha comparat amb els d’uns altres prototips amb els mateixos ressonadors però emprant una bobina de fil de Cu convencional enlloc de la microbobina per tal d’estudiar-ne la influència tant a nivell de tensió com de voltatge. Les dades de tensió i potència generades experimentalment amb el microgenerador ja es troben en el rang de les esperades segons l’estat de l’art. De totes maneres, s’analitza la possibilitat de millorar-ho en futures optimitzacions. Les mesures experimentals, a més a més de corroborar el potencial d’aquests prototips, evidencien l’existència d’efectes no lineals. Malgrat que els fenòmens de no linealitat, característics dels polímers, permeten obtenir un increment en l’energia generada, presenten la dificultat de necessitar treballar en condicions de freqüència d’excitació creixent degut al comportament metaestable del ressonador. Donada la importància d’aquests fenòmens sobre el comportament i fins i tot sobre l’aplicabilitat dels dispositius s’estudien els mecanismes que intervenen en la elasticitat dels materials per tal de realitzar una primera anàlisi i modelització dels efectes no lineals i histèresi de les membranes polimèriques. La resolució de les equacions del moviment reescrites per a incloure un terme no lineal en la força recuperadora, ha permès reproduir el comportament observat experimentalment i donar una estimació dels diversos paràmetres que el caracteritzen. / This thesis describes the design and optimization of a ressonant electromagnetic inertial microgenerator for energy scavenging applications, compatible with Si technology and a relatively high electromechanical coupling with simple designs. It consists of a fixed micromachined coil and a movable magnet (inertial mass) mounted on a resonant structure. This device is well suited for harvesting of mechanical energy from vibrations induced by operating machines which are characterized by a well defined frequency and low displacement amplitudes. Adjusting the resonant frequency of the system to that of the targeted vibrations allows amplification of these low amplitude displacements. ANSYS simulations are carried out to investigate the influence of the coil parameters (density of tracks and tracks cross section) and resonator geometry (resonant frequency and parasitic damping) on the device performance. The experimental mechanical and electrical characterization of a first prototype fabricated with a modular manufacturing process (not optimized) has allowed the validation of the model developed for the inertial electromagnetic microgenerators, which is then used as a roadmap for a number of optimizations for the final device design. Generator prototypes have been fabricated with resonant membranes with different dimensions, using in all cases the same design of electromagnetic transducer. This has allowed investigating the influence of the membrane geometry on the parasitic damping which is a key parameter for the generator performance. In relation to the first prototypes a significant increase in the generated power has been achieved by the implementation of electrochemical processes for the fabrication of coils with thicker metal tracks. The results obtained have shown the ability of these devices to generate power and output voltages in the range of state of the art. The characterization of the fabricated prototypes has allowed to observe the presence of non-linear effects that lead to the appearance of hysteretic vibrational phenomenon and strongly affect the output of the microgenerator. These effects are likely related to the mechanical characteristics of the polymeric membrane, and determine an additional dependence of vibration frequency on the excitation amplitude. Rewriting and solving the equations of movement including a nonlinear term in restoring force leads to a simple model that successfully reproduces the hysteresis of the resonator.

La resposta dels materials i/o sistemes físics quan interactuen amb la radiació electromagnètica ens dóna informació sobre les propietats físiques d’aquesta classe de materials i/o sistemes, com per exemple la conductivitat elèctrica, la permeabilitat magnètica, l’isospín d’un nucli atòmic, etc. Dos exemples són les ressonàncies magnètiques nuclear i electrònica, que consisteixen en sotmetre un material a radiació electromagnètica en el rang de radiofreqüència i microones, freqüències entre el 10 MHz i 300 GHz, i a un camp magnètic estacionari. En aquesta tesi es presenten els comportaments i/o la resposta de dos materials magnètics en front a la radiació de microones, el qual pertany al rang de freqüències compres entre els 300 MHz i els 300 GHz. Per aquest propòsit, el Grup de Magnetisme, Superconductivitat, Microones i Baixes temperatures de la Universitat de Barcelona, disposa d’un analitzador de xarxes vectorial model E8361A de la companyia Agilent, que permet analitzar senyals electromagnètiques, transmeses i/o reflectides, entre 10 MHz i 110 GHz. Les dues classes de materials magnètics que s’han estudiat son: el granat d’itri-ferro, amb composició química corresponent Y3Fe5O12 (YIG) i la manganita de lantà i calci, amb composició química corresponent La0.25Ca0.75MnO3. En el cas del YIG, encara que és un material magnètic força estudiat, ens vàrem plantejar el seu estudi emprant nous dissenys de ressonadors de microones. Aquest fet, junt amb l’aparició de nous resultats experimentals inesperats, i mancats d’una interpretació, justifiquen el seu estudi en aquesta memòria de tesis. En el cas de la manganita, ens trobàrem en la situació oposada, no hi ha gaires publicacions sobre mesures experimentals de ressonància electrònica de espín en aquest tipus de materials. Juntament amb l’aparició de nous fenòmens magnètics no publicats, quan es va procedir a la seva sistemàtica i completa caracterització magnètica. Fets que justifiquen el seu estudi en aquesta memòria de tesis. Aquesta memòria de tesis està organitzada en dos capítols: El primer capítol està dedicat al granat de d’itri-ferro, material ferrimagnètic a temperatura ambient (la seva temperatura de Curie és de 550 K), i que té les pèrdues d’energia més petites de tots els materials coneguts, quan aquest està sotmès a una senyal electromagnètica de microones. Llavors, aquest material és el més indicat per a l’estudi del fenòmens associats a la ressonància ferromagnètica. Per tant, en aquest capítol es presenta una introducció a la tècnica i a la fenomenologia física associada a la ressonància magnètica; una descripció de les propietats físiques del granat d’itri-ferro i una introducció a l’electrònica de microones. Aquesta última servirà com fonament per comprendre els experiments de ressonància ferromagnètica a temperatura ambient; ja que en ells s’empren tres tipus de ressonadors de microones: dos ressonadors de línia de microtira lambda/2 i un tercer consistent en dos ressonadors lambda/2 de microtira acoblats electrònicament entre ells en els seus centres (en forma de X). Juntament amb l’analizador de xarxes vectorial i un electromagnet, que pot aplicar camps magnètics fins a 0.5 T. La mostra de YIG ha estat crescuda epitaxialment en les dues cares d’un disc de granat de gadolini-gal.li (Gd3Ga5O12). El conjunt té un gruix de 0.5 mm i un diàmetre de 4 mm; les dues capes de YIG tenen un gruix de 49.6 milimicres cadascuna. Els resultats experimentals ens mostren tres espectres de absorció associats a tres classes de modes magnetoestàtics, com conseqüència de tres tipus de distribucions espacials de camp magnètic de microones, que sent el disc de YIG. Observats a quatre freqüències de ressonància diferents. I no únicament a una freqüència fixada, sinó en el rang de freqüències que defineixen cada pic de ressonància de cada ressonador. Els resultats d’aquesta última classe d’experiments mostren una correspondència lineal entre la freqüència de microones i el camp magnètic aplicat, però no correspon amb la relació obtinguda a través de la teoria dels modes magnetoestàtics. Es van realitzar estimacions per descartar qualsevol efecte de potència o acoblament entre les dues capes de YIG, portant a l’única explicació possible que aquests modes magnetoestàtics estan interaccionant amb la radiació electromagnètica que ells mateixos generen en la mostra de YIG. Arrel d’això, s’ha ideat un model basat en aquesta conclusió, per explicar com canvien les relacions lineals entre la freqüència de microones i el camp magnètic aplicat, en presència de radiació electromagnètica. Model que explica satisfactòriament els resultats obtinguts en les mesures experimentals de ressonància ferromagnètica en YIG. El segon capítol està dedicat a l’estudi de la manganita La0.25Ca0.75MnO3 des del punt de vista magnètic i de la ressonància electrònica d’espín. Per això, en aquest capítol se realitza una introducció a la família de manganites La(1-x)CaxMnO3 , atenent a la seva fenomenologia magnètica. Degut a això, també es descriu el fenomen del esbiaix d’intercanvi i la dinàmica de sistemes superparamagnètics i de vidres de espín. Aquests seran els fonaments per entendre els resultats de la caracterització magnètica de dues manganites nanogranulars, que anomenarem A i B; les quals fóren fabricades pel mètode sol-gel y calcinades a 600ºC i a 1000ºC respectivament. Per poder realitzar aquestes mesures experimentals, es disposa d’un magnetòmetre MPMS que permet realitzar mesures de magnetització entre 2 K y 350 K, aplicant camps magnètics entre -5 T i 5 T, a més de realitzar mesures de susceptibilitat magnètica a diferents freqüències de camp magnètic altern entre 0.1 Hz i 1500 Hz. Els resultats obtinguts mostren que els nanogrànuls contenen, des del punt de vista magnètic, un nucli antiferromagnètic i una escorça formada per clústers ferromagnètics, que interactuen a través de l’interacció de intercanvi. A més, en la mostra B s’observa el fenomen de l’ordenament de càrrega a altes temperatures i la manifestació d’un vidre d’espín interficial a baixes temperatures, entre els clústers ferromagnètics i el nucli antiferromagnètic. Fets molt poc habituals en aquest tipus de mostres i que no es donen en la mostra A. Finalment, en les mesures de ressonància electrònica d’espín, es van emprar dues classes de ressonadors de microones: un ressonador coaxial i un ressonador de microtira curtcircuitat i alhora connectat en sèrie a una resistència de 50 Ohms, específica per senyals de radiofreqüència i microones. Amb ells, els resultats experimentals obtinguts per a la mostra A concorden amb el model hidrodinàmic per als vidres d’espín. Fet que permet estimar la dependència de la constant giromagnètica i la constant d’anisotropia uniaxial efectiva de la mostra A, amb la temperatura. La correlació entre l’anisotropia magnètica uniaxial efectiva i la temperatura concorda amb la corresponent als vidres d’espín i/o les nanopartícules magnètiques i a més, permet l’estimació de la seva temperatura d’ ordenament de càrrega, essent aproximadament de 225 K . El factor giromagnètic de la mostra A reflecteix un canvi de la seva estructura cristal.lina, associada als clústers ferromagnètics, mentre va variant la temperatura. Fet que es presenta com una alternativa a l’hora d’estudiar canvis estructurals en els cristalls. / In this doctoral thesis, the response against the microwave electromagnetic radiation of two well differentiated magnetic materials is studied: the yttrium-iron garnet and the nanogranular manganite of chemical composition La0.25Ca0.75MnO3. In the case of the yttrium-iron garnet (YIG), even though it is a well-known magnetic material, we considered its study using a new sort of microwave resonators. This fact, together with the obtaining of unexpected experimental results without physical interpretation, inspires its study in this thesis. In the case of the manganite, we had found the opposite situation, in the literature experimental studies in electron spin resonance (ESR) have hardly ever been reported in this kind of materials. Therefore, we decided to perform its study using different microwave resonators. It was necessary, as well, to characterize magnetically the samples to understand their behavior. Precisely in these last experimental measurements, performed following a complete and systematic procedure, we were able to explain new physical phenomenology never reported previously, until now, in this material. This doctoral thesis, entitled “Study of Magnetic Materials with Microwaves” is arranged in two chapters. The first one is devoted to the study of the ferromagnetic resonance in a disk-shaped YIG sample. The results show the appearance of three types of Magnetostatic Spin Forward Volume Waves (MSFVW), for three kinds of microstrip resonators (two linear ones and one X-shaped), related with three kinds of magnetic spatial distributions. The relationship between the microwave frequency and the applied magnetic field does not follow the theoretical model of MSFVW and, after some estimations, we concluded that this is caused by the interaction between the MSFVW and the electromagnetic radiation generated by them. This new fact is explained theoretically by the development of a new model, considering this last interaction. The second chapter is devoted to the study of nanogranular manganites of chemical composition La0.25Ca0.75MnO3, from the point of view of their magnetism and their ESR response. A complete and systematic magnetic characterization is performed firstly in two samples, named A and B. Both samples manifest exchange bias interaction between ferromagnetic shell clusters and antiferromagnetic core, in each nanograin. Moreover, in sample B, interficial spin-glass is observed at low temperatures and charge ordering transition at high temperatures. These facts are rarely reported in similar magnetic systems. And they are not observed in sample A. ESR experiments were performed in sample A with a coaxial resonator and a short-circuited microstrip resonator connected to a 50 Ohms series resistor. The results follow the hydrodynamic model, allowing the estimation of the effective magnetic anisotropy constant and the gyromagnetic factor at different temperatures. The first one shows the same thermal behavior expected for nanoparticles and/or spin-glasses, and it also allows the estimation of the charge ordering temperature of sample A around 225 K. The thermal dependence of the gyromagnetic factor shows the expected behaviour for the crystalline structure of a La0.25Ca0.75MnO3 nanoparticle system. This means that the calculation of the thermal behavior of gyromagnetic factor is an alternative to X-ray thermal studies.

Nanosystems, integrated systems with a total size of a few micrometers, are capable of interacting at the nanoscale, but their short operating range limits their usefulness in practical macro-scale scenarios. Nanonetworks, the interconnection of nanosystems, will extend their range of operation by allowing communication among nanosystems, thereby greatly enhancing their potential applications. In order to integrate communication capabilities into nanosystems, their communication subsystem needs to shrink to a size of a few micrometers. There are doubts about the feasibility of scaling down current metallic antennas to such a small size, mainly because their resonant frequency would be extremely high (in the optical domain) leading to a large free-space attenuation of the radiated EM waves. In consequence, as an alternative to implement wireless communications among nanosystems, two novel paradigms have emerged: molecular communication and graphene-enabled wireless communications. On the one hand, molecular communication is based on the exchange of molecules among nanosystems, inspired by communication among living cells. In Diffusion-based Molecular Communication (DMC), the emitted molecules propagate throughout the environment following a diffusion process until they reach the receiver. On the other hand, graphene, a one-atom-thick sheet of carbon atoms, has been proposed to implement graphene plasmonic RF antennas, or graphennas. Graphennas with a size in the order of a few micrometers show plasmonic effects which allow them to radiate EM waves in the terahertz band. Graphennas are the enabling technology of Graphene-enabled Wireless Communications (GWC). In order to answer the question of how communication networks will scale when their size shrinks, this thesis presents a scalability analysis of the performance metrics of communication networks to the nanoscale, following a general model with as few assumptions as possible. In the case of DMC, two detection schemes are proposed: amplitude detection and energy detection. Key performance metrics are identified and their scalability with respect to the transmission distance is found to differ significantly from the case of traditional wireless communications. These unique scaling trends present novel challenges which require the design of novel networking protocols specially adapted to DMC networks. The analysis of the propagation of plasmonic waves in graphennas allows determining their radiation performance. In particular, the resonant frequency of graphennas is not only lower than in metallic antennas, but it also increases more slowly as their length is reduced to the nanoscale. Moreover, the study of parameters such as the graphenna dimensions, the relaxation time of graphene and the applied chemical potential shows the tunability of graphennas in a wide frequency range. Furthermore, an experimental setup to measure graphennas based on feeding them by means of a photoconductive source is described. The effects of molecular absorption in the short-range terahertz channel, which corresponds to the expected operating scenario of graphennas, are analyzed. Molecular absorption is a process in which molecules present in the atmosphere absorb part of the energy of the terahertz EM waves radiated by graphennas, causing impairments in the performance of GWC. The study of molecular absorption allows quantifying this loss by deriving relevant performance metrics in this scenario, which show novel scalability trends as a function of the transmission distance with respect to the case of free-space propagation. Finally, the channel capacity of GWC is found to scale better as the antenna size is reduced than in traditional wireless communications. In consequence, GWC will require lower transmission power to achieve a given performance target. These results establish a general framework which may serve designers as a guide to implement wireless communication networks among nanosystems.

The work presented here describes the electrical characterization of n- and p-type strained silicon- germanium systems. Theories of quantum transport in low magnetic fields at low temperature are discussed in terms of weak-localization: the traditional theory is shown not to account for the dephasing in a 2-dimensional hole gas behaving in a metallic manner and emergent alternative theories, while promising, require refinement. The mobility as a function of sheet density is measured in a p-type pseudomorphic Si0.5Ge0.5 across the temperature range 350 mK–282 K; it is shown that calculations of the mobility based on semi-classical scattering mechanisms fail below 10 K where quantum transport effects become relevant. A room temperature Hall scattering factor has been extracted. A new functional form has been presented to fit the resistivity as a function of temperature, below 20 K: traditional theories of screening and weak localization appear not to be applicable. It is also demonstrated that simple protection circuitry is essential if commercial-scale devices are to be meaningfully investigated. Mobility spectrum analysis is performed on an n-type strained-silicon device. Established analysis methods are discussed and a new method is presented based on the Bryan’s Algorithm approach to maximum entropy. The breakdown of the QHE is also investigated: the critical current density compares well to that predicted by an existing theory. Finally, devices in which both electron and hole gases can be induced are investigated. However, it is shown that the two carrier species never co-exist. Design rules are presented which may allow more successful structures to be created. Results are presented which demonstrate the success and the utility of implanted contacts which selectively reach different regions of the structure.