Weather and climate are topical issues widely present in the media, in the public culture, in political and socio-economic agendas and also in school guidelines. Having said that, confusion and a lot of misconceptions still exist with regards to issues such as climate change, greenhouse gases and the greenhouse effect, pollution, anthropogenic emissions, ozone hole, predictability of weather and climate, stationary processes, radiation fluxes and balances in the Earth system etc. These themes are poorly addressed in the actual teaching practice in secondary schools, particularly from a quantitative point of view involving the underlying laws of physics, which are necessary for the understanding and construction of correct conceptual models of phenomena. Teachers often do not feel comfortable or lack the specific background for addressing such themes quantitatively, claiming for training initiatives which happen unfortunately only as a result of sporadic and local initiatives. For historical reasons, typical of the Italian context, these themes are usually addressed in subjects like geography or natural sciences for what concerns education in formal contexts such as primary and secondary schools and universities, but their treatment and significance would greatly benefit from an interdisciplinary approach, involving also the quantitative experimental approach of physics. At the same time, teaching physics from its general principles to their application in the context of weather phenomena and climate system, would improve the engagement and interest of students, fostering cooperation among teachers of different subjects, bridging boundaries and approaches characteristic of single disciplines. This would promote an integrated view of science as the result of a process, based on the application of the scientific method to the investigation and modeling of phenomena, where also technological advancement plays an important role, rather than as a mere collection of results and knowledge. In this perspective the present work develops from the research in atmospheric physics, performed by the candidate during one year at Concordia station, Antarctica, presenting on one hand a series of physics communication initiatives designed and tested with innovative formats such as TEDx conferences, videoconferences with researchers working on the field, social platforms and traditional media, targeted to different audiences. On the other hand it presents the proposal of a teaching learning sequence based on quantitative experimental activities, demonstrations and simulations, targeted to secondary school students and pre-service teachers, integrating general physics with its applications to the atmosphere and to the climate system. The teaching learning sequence has been experimented with graduate students of the course: ''Experimental physics laboratory at high school I'', held at the Department of Physics of the University of Trento and in collaboration with IPRASE, it has been proposed in the form of a training course for physics and chemistry teachers and their technical assistants as a framework for the integration of physics and chemistry. The results of pre and post tests used as an evaluation tool of this preliminary experimentation will be presented, encouraging future developments of the sequence and further diffusion of weather and climate issues in the teaching practice through capillary pre-teachers' and teachers' training initiatives.

This thesis proposes to provide a unified and systematic strategy to overcome the second timescale in protein folding, by exploiting qualities and drawbacks of the Bias Functional Method and proposing new theoretical approaches to overcome its limitations. The first half of the thesis is dedicated to the development of theoretical solutions to the dependence of the Bias Functional Method on an a-priori defined collective coordinate and microscopic non-reversibility of the dynamics. The second part of the manuscript is devoted to applications of the BF method on two different proteins: Canine milk lysozyme and alpha1-antitrypsin (A1AT).

La presente Tesis Doctoral pretende ser una contribución al estudio y sistematización de la acústica de salas aplicada a los recintos de ensayo de bandas de musica en base al estudio de las condiciones acústicas de un porcentaje de las salas de ensayo existentes en la Comunidad Valenciana, contrastado con encuestas a los directores y a los músicos de dichas entidades. Este estudio tipológico contribuye a la obtención de los valores adecuados para los diversos parámetros geométricos, morfológicos y acusticos que permitan diseñar la "sala de ensayos ideal" para cada caso en función de sus características particulares, como el número de músicos componentes de la banda, superficie disponible en planta, márgenes posibles para la altura etc. La elevada potencia acústica de una banda de música, debido tanto al elevado nivel de emisión de los diversos instrumentos como el elevado número de componentes de la misma, junto a las reducidas dimensiones de los locales de ensayo de las mismas, que no permiten el empleo de excesiva absorción, hace que, en ocasiones, la audición del ensayo no tenga la calidad esperada e incluso se llega a situaciones de estridencia. La regulación de tres factores: el volumen, la absorción y la altura permiten, adecuar en la sala de ensayos, tanto el nivel de sonoridad como la reverberación. Salas con volúmenes superiores a 600 m3(alturas superiores a 4m) y absorciones superiores a 150 m2 permiten alcanzar unas condiciones adecuadas de sonoridad. / Gallardo Blanquer, JL. (1998). Contribución a la cuantificación de parámetros acústicos en salas de ensayo de bandas de música [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/4770

En esta tesis se tratan diferentes aspectos de la acústica presente en un telescopio submarino de neutrinos, principalmente en dos vertientes: en el sistema de posicionamiento acústico utilizado para la monitorización de las posiciones de los módulos ópticos presentes a lo largo del detector, así como en sistemas para detección acústica de neutrinos, técnica que actualmente está en fase de estudio. Todos los estudios realizados están enmarcados dentro de dos colaboraciones europeas para el diseño, construcción y operación de telescopios submarinos de neutrinos: Antares (en fase de operación) y KM3NET (en fase de diseño). Objetivos. Los objetivos de este trabajo pueden resumirse en los siguientes aspectos: - Estudios y análisis del sistema de posicionamiento acústico de Antares. Desarrollo del software para la para la automatización del procesado de los datos de dicho sistema e incorporación de los resultados en la base de datos del experimento. Análisis de los datos proporcionados por dicho sistema con el fin de validar su correcto funcionamiento. - Diseño y desarrollo del sistema de posicionamiento acústico para KM3NeT, telescopio unas 20 veces más grande que Antares. - Estudios para la evaluación de la generación acústica paramétrica para el desarrollo de un calibrador compacto capaz de generar señales tipo neutrino útiles en sistemas de detección acústica. Elementos de la metodología a destacar. Cabe destacar aquí que el trabajo se ha desarrollado en el marco de dos colaboraciones internacionales: ANTARES y KM3NeT, financiados con fondos europeos y nacionales. Por su contexto y el carácter de las actividades realizadas ha sido necesaria la formación en distintos campos: telescopios de neutrinos y astropartículas, pero también en otras áreas como la acústica submarina. Además, se ha desarrollado diversas capacidades y destrezas en diversos ámbitos: en instrumentación, en aplicaciones informáticas, en análisis de datos, etc. Más concretamente, se ha trabajado en aplicaciones informáticas para los desarrollos y análisis en ANTARES. / Bou Cabo, M. (2011). Acoustics for underwater neutrino telescopes [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/10989

El objetivo de la presente tesis es la síntesis de materiales ternarios basados en óxido de zinc (ZnO), mediante la técnica de electrodeposición. Por primera vez, se han sintetizado electroquímicamente los compuestos Zn1-xCdxO, Zn1-xCoxO y Zn1-xMnxO en forma de capas finas mediante este procedimiento. Los materiales sintetizados presentan interesantes aplicaciones optoelectrónicas, fotovoltaicas y magnéticas. La electrodeposición se ha realizado en una celda electroquímica de tres electrodos. El electrolito empleado ha sido dimetilsulfóxido (DMSO) con una disolución de KClO4 0.1 M. Las condiciones óptimas definidas a partir del estudio voltamétrico son: 90ºC de temperatura y un potencial de -0.9V. Los precursores de la disolución fueron ZnCl2, CdCl2, CoCl2 y MnCl2 disueltos en presencia de óxigeno en saturación. Los materiales depositados se han estudiado mediante diversas técnicas de caracterización: " La difracción de rayos X y la espectroscopia de dispersión Raman para evaluar el tipo de estructura cristalina y la calidad de las muestras depositadas. " La espectroscopia de energía dispersiva EDS para identificar la composición química de las películas. " La microscopía electrónica de barrido para estudiar la morfología. " La microscopia de fuerza atómica para el estudio de las características de la superficie. También se han realizado diferentes medidas de caracterización óptica y magnética: " La transmitancia para estudiar las propiedades ópticas de las capas depositadas. " La susceptibilidad magnética para estudiar la respuesta magnética de los materiales. Los resultados muestran la síntesis de muestras de capas finas de los compuestos Zn1-xCdxO, Zn1-xCoxO y Zn1-xMnxO. En función de la concentración del segundo metal (Cd, Co, Mn) se observan modificaciones en la estructura cristalina. Para los tres compuestos, cuando la concentraciones de iones Cd+2, Co+2 y Mn+2 son pequeñas, se obtienen capas finas de compuesto donde se produce la sustitución de iones / Tortosa Jorques, MD. (2011). PREPARACIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE CAPAS FINAS DE SEMICONDUCTORES TERNARIOS DE ZnO MEDIANTE ELECTRODEPOSICIÓN [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/11037

Tesis por compendio / Traditionally, Physics laboratory practices have two objectives. On the one hand, students reinforce the concepts that they have acquired in theory lessons. On the other hand, they get used to the experimental techniques. However, students sometimes consider that the practices are routine and of little interest. Several resources, based on Information and Communication Technologies, have been used to deal with this problem. The smartphones of the students themselves incorporate various sensors. Free available applications are able to control the sensors, acquire data and transmit them. The smartphones become measuring tools. The main objective of this Thesis is to propose new experiments for Physics laboratories that take advantage of this way of using smartphones. A collection of works is presented as a set of publications. The acceleration sensor enables us to study: the free and damped oscillations of the smartphone; the normal modes of a coupled two dimensional vibrating system of smartphones; and the mechanical beat. The ambient light sensor is used to analyze the efficiency of several types of optical sources; the dependence of the illuminance on the distance to the source is also studied. Finally, the microphone enables us to characterize the acoustic beat phenomenon. The new experiments are focused on university and high school students. Our surveys show the higher rating given to this type of experiences with respect to their traditional alternatives. / Tradicionalmente, el objetivo de las prácticas de laboratorio de las asignaturas de Física es doble: por una parte, que los estudiantes refuercen los conocimientos adquiridos en las clases de teoría; por otra, que se habitúen a las técnicas experimentales. Sin embargo, los alumnos consideran que en ocasiones las prácticas son rutinarias y poco interesantes. Para paliar este problema, se ha hecho uso de diversos recursos basados en las Tecnologías de la Información y las Comunicaciones. El objetivo fundamental de esta Tesis es proponer diversos experimentos de Física en los que se utilizan como herramientas de medida los sensores de que disponen los smartphones de los propios estudiantes, aprovechando las aplicaciones gratuitas existentes para el control de estos sensores y para la toma y transmisión de los datos obtenidos. Con este fin se ha realizado un conjunto de trabajos, recogidos en esta Tesis en formato de compendio de publicaciones, en los que se proponen nuevas experiencias de laboratorio de Física con smartphones. En ellas se saca partido del sensor de aceleración para el estudio de las oscilaciones libres y amortiguadas de un smartphone, de los modos de vibración de dos acoplados, y del batido mecánico; del sensor de luz ambiente para el análisis de la eficiencia de diversos tipos de fuente, y de la dependencia de la iluminancia con la distancia; y, finalmente, del micrófono para la caracterización del fenómeno del batido acústico. Las experiencias diseñadas están enfocadas a estudiantes universitarios y de educación secundaria. Las encuestas realizadas muestran la mayor califica-ción otorgada a este tipo de experiencias con respecto a sus alternativas tradicionales. / Tradicionalment, l'objectiu de les pràctiques de laboratori de les assignatures de Física és doble: d'una banda, que els estudiants reforcen els coneixements adquirits en les classes de teoria; per una altra, que s'habituen a les tècniques experimentals. No obstant això, els alumnes consideren que en ocasions les pràctiques són rutinàries i poc interessants. Per a pal¿liar aquest problema, s'ha fet ús de diversos recursos basats en les Tecnologies de la Informació i les Comunicacions. L'objectiu fonamental d'aquesta Tesi és proposar diversos experiments de Física en els quals s'utilitzen com a eines de mesura els sensors de què disposen els smartphones dels propis estudiants, aprofitant les aplicacions gratuïtes existents per al control d'aquests sensors i per a la presa i la transmissió de les dades obtingudes. Amb aquesta finalitat s'ha realitzat un conjunt de treballs, recollits en aquesta Tesi en format de compendi de publicacions, en els quals es proposen noves experiències de laboratori de Física amb smartphones. En aquestes es trau partit del sensor d'acceleració per a l'estudi de les oscil¿lacions lliures i esmorteïdes d'un smartphone, dels modes de vibració de dos acoblats, i del batut mecànic; del sensor de llum ambiente per a l'anàlisi de l'eficiència de diversos tipus de font, i de la dependència de la il¿luminancia amb la distància; i, finalment, del micròfon per a la caracterització del fenomen del batut acústic. Les experiències dissenyades estan enfocades a estudiants universitaris i d'educació secundària. Les enquestes realitzades mostren la major qualificació atorgada a aquest tipus d'experiències pel que fa a les seues alternatives tradicionals. / Giménez Valentín, MH. (2017). Aplicaciones de los sensores de los smartphones a la didáctica de la física experimental [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/83123 / Compendio

This thesis follows the development of the PITERM project (Thermo-mechanical characterization and new design techniques of geothermal piles) within the Spanish INNPACTO 2011 program, a public-private cooperation funded by our Ministry of Science and Innovation. This project was the first to aim at a fully integrated analysis of the combined effect of mechanical and thermal actions upon a newly designed precast pile, thermally activated and fully instrumented. The project started in September 2011 and lasted until December 2013. The overall goal of this project was to analyse the behaviour of thermo-active foundations in order to further develop-relevant design methodologies for these elements, to be validated by experimental data By means of this combined analytic-experimental effort, we aim to validate the idea that foundations, designed appropriately, are able to cope with the thermal and mechanical stresses to which they ought to be subjected throughout its lifespan. More specifically, the project has studied the thermomechanical behaviour of a prefabricated pile driven in Valencia, prepared to work as thermo-active element and properly instrumented. With the registration and interpretation of data from the instrumented it was possible to evaluate its behaviour under mechanical and thermal stresses similar to those that would exist in a real working scenario. The results of this Thesis allow to understand and characterize the mechanical behaviour of geo-active piles and their response under different types of thermal cycling stresses under realistic conditions, contributing to the extension and dissemination of the use of this type of geo-structural elements, and, in the long run, aiming to increase our ability to harvest renewable heat out of the subsurface of our cities. / La presente tesis doctoral es consecuencia del desarrollo del proyecto PITERM (Caracterización termo-mecánica y nuevas técnicas de diseño de pilotes termo-activos), dentro del subprograma INNPACTO 2011, del programa nacional de cooperación público-privada del Ministerio de Ciencia e Innovación. Este proyecto ha sido el primero que ha integrado en el análisis el efecto combinado de las acciones mecánicas, geotécnicas y térmicas en el comportamiento de un pilote prefabricado hincado, activado térmicamente y completamente instrumentado. El proyecto se inició en septiembre de 2011 y se prolongó hasta diciembre de 2013. El proyecto se orienta hacia el análisis del comportamiento de las cimentaciones termo-activas, el desarrollo de metodologías de diseño de estos elementos, en particular de los pilotes termoactivos, y su validación mediante datos experimentales. El objetivo de este trabajo es validar, mediante una aproximación analítico-experimental, que los elementos objeto de estudio son capaces de hacer frente a las solicitaciones térmicas y mecánicas a las que se verá sometida a lo largo de su vida útil. Más concretamente, en el proyecto se ha estudiado el comportamiento termo-mecánico de un pilote prefabricado y posteriormente hincado en Valencia, preparado para funcionar como elemento termoactivo, debidamente instrumentado. Con el registro e interpretación de los datos de las variables instrumentadas se ha evaluado el comportamiento del pilote sometido a solicitaciones mecánicas y térmicas semejantes a las que lo estaría en una obra real de edificación con aprovechamiento geotérmico. Los resultados de esta tesis permiten entender y caracterizar el comportamiento mecánico de los pilotes y su respuesta ante diferentes solicitaciones térmicas en condiciones similares a las que tendrían en un edificio real. En este sentido, pretende ser una contribución a la extensión y popularización del uso de estos elementos en aras a aumentar nuestra capacidad de captar energía renovable del subsuelo de nuestras ciudades. / El present TESIS doctoral es conseqüència del desenrola del projecte PITERM (Caracterització termo-mecànic i noves tècniques de disseny de pilotes termo-actius), dins del SUBPROGRAMA INNPACTO 2011, del programa nacional de cooperació publica-privada del Ministeri de Ciència i Innovació. Este projecte ha segut el primer que ha integrat en la anàlisis l'efecte combinat de les accions mecàniques, geotécnicas i tèrmiques en el comportament d'un pilote prefabricat estacionat, activat tèrmicament i completament instrumentat. El projecte s'inicià en setembre de 2011 i se prolongà fins desembre de 2013. El projecte s'orienta cap al anàlisis del comportament de les fonamentacions termo-actives, el desenrola de metodologies de disseny d'estos elements, en particular dels pilotes termoactivos, i la seua validació mediant senyes experimentals. L'objectiu d'este treball es validar, mediant una aproximació analítica-experimental, que els elements objecte d'estudi son capaços de fer front a les sol¿licitacions tèrmiques i mecàniques a les que se vorà somes a lo llars de la seua vida útil. Mes concretament, en el projecte s'ha estudiat el comportament termo-mecànic d'un pilote prefabricat i posteriorment estacionat en Valencia, preparat per a funcionar com element termoactivo, degudament instrumentat. En el registre i interpretació de les senyes de les variables instrumentades s'ha valorat el comportament del pilote somes a sol¿licitacions mecàniques i tèrmiques semblants a les que ho estaria en una obra real d'edificació en aprofitament geotèrmic. Els resultats d'esta tesis permeten entendre i caracteritzar el comportament mecànic dels pilotes i la seua resposta davant diferents sol¿licitacions tèrmiques en condicions similars a les que tindrien en un edifici real. En este sentit, pretén ser una contribució a l'extensió i popularització de l'ús d'estos elements en ares a augmentar nostra capacitat de captar energia renovellable del subsòl de nostres ciutats. / Groot Viana, MD. (2017). Comportamiento termomecánico de pilotes prefabricados [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/89097

En la actualidad, la medicina y en especial el área de imagen médica, ha sido uno de los campos de la ciencia que más se ha beneficiado de las tecnologías de la información. En esta tesis nos centramos en las imágenes de resonancia magnética cerebral y los métodos de segmentación automática del volumen cerebral. En el primer capítulo describimos los antecedentes de este trabajo mediante una breve introducción de los principios físicos de la resonancia magnética y una revisión del estado del arte en relación con las técnicas de segmentación y su evolución a lo largo de las últimas décadas. En los capítulos tres, cuatro y cinco presentamos tres métodos de segmentación automática de diferentes partes del cerebro que mejoran el estado del arte en términos de calidad del resultado y velocidad. Finalmente, en el capítulo seis se comentan las conclusiones generales y se proponen líneas de desarrollo futuras. / Nowadays, medicine and specially the medical image area, is one of the science fields that has benefited more from the information technologies. In this thesis we focus on cerebral magnetic resonance imaging and automatic segmentation methods of the brain volume. In the first chapter we describe a background for this work by a brief introduction of the physic fundaments of magnetic resonance and a revision of the state-of-the-art regarding to segmentation techniques and its evolution along the last decades. In the chapters three, four and five we present three methods for automatically segment different parts of the brain that leverage the state-of-the-art in terms of result quality and computation time. Finally, in chapter six we comment the general conclusions and propose lines for future works. / En l'actualitat, la medicina i en especial l'àrea d'imatge mèdica, ha estat un dels camps de la ciència que més s'ha beneficiat de les tecnologies de la informació. En aquesta tesi ens centrem en les imatges de ressonància magnètica cerebral i el desenvolupament de mètodes de segmentaciò automàtica del volum cerebral. En el primer capítol descrvim els antecedents d'aquest treball mitjançant una breu introducció dels principis físics de la ressonància magnètica i una revisió de l'estat de l'art en relació amb les tècniques de segmentació i la seva evolució al llarg de les últimes dècades. En els capítols tres, quatre, i cinc presentem tres mètodes de segmentació automàtica per a diferents parts del cervell que milloren l'estat de l'art en quant a qualitat dels seus resultats i velocitat. Finalment, en el capitol sis es comenten les conclusions generals i es proposen línies de desenvolupament ions generals i es proposen línies de desenvolupament futures. / Romero Gómez, JE. (2018). Nuevos métodos para el análisis automático del volumen de estructuras cerebrales a partir de imágenes de resonancia magnética nuclear [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/106346

Tesis por compendio / Los Elementos Ópticos Difractivos han experimentado un creciente interés en los últimos años debido a sus múltiples aplicaciones en los campos de la microscopía y de las telecomunicaciones, entre otros. Actualmente, también se están desarrollando importantes progresos en el diseño de lentes intraoculares y lentes de contacto basadas en estructuras difractivas. Durante el proceso de realización de esta Tesis Doctoral se ha estudiado en primer lugar el estado del arte relacionado con estos elementos ópticos, prestando especial interés en el diseño y caracterización de lentes difractivas. En su forma más sencilla, estas lentes están formadas por un conjunto de anillos transparentes y opacos distribuidos periódicamente a lo largo de la variable radial cuadrática. Reemplazando esta distribución periódica de anillos por una secuencia aperiódica determinista, se ha conseguido mejorar las prestaciones de las lentes difractivas. Así, por ejemplo, con la secuencia fractal de Cantor se puede obtener una extensión de la profundidad de foco y una reducción de la aberración cromática. Por otro lado, con la secuencia de Fibonacci, se pueden diseñar lentes difractivas bifocales. Combinando estas lentes basadas en geometrías aperiódicas con máscaras de fase helicoidales se han generado nuevas distribuciones de vórtices ópticos susceptibles de ser utilizados como trampas ópticas para atrapar y manipular partículas micrométricas. Tomando todas estas estructuras difractivas como punto de partida en el desarrollo de esta Tesis Doctoral, se ha avanzado en el estudio y caracterización experimental de lentes difractivas basadas en secuencias aperiódicas diferentes a las consideradas previamente. En concreto, se han obtenido nuevas propiedades de focalización y formación de imágenes utilizando las funciones de Walsh y la secuencia m¿bonacci. También se ha abordado el estudio y caracterización experimental de lentes difractivas en el rango de los THz. Se han desarrollado diferentes prototipos mediante impresión 3D que están permitiendo tanto la focalización, como la generación de vórtices de THz. / The Diffractive Optical Elements have experienced a growing interest in recent years due to its multiple applications in the fields of microscopy and telecommunications, among others. Currently, important progress is also being made in the design of intraocular lenses and contact lenses based on diffractive structures. During the process of conducting this Doctoral Thesis, the state of the art related to these optical elements was first studied, paying special attention to the design and characterization of diffractive lenses. In its simplest form, these lenses are formed by a set of transparent and opaque rings distributed periodically along the quadratic radial variable. By replacing this periodic distribution of rings with a deterministic aperiodic sequence, the performance of diffractive lenses has been improved. Thus, for example, with the Cantor fractal sequence an extension of the depth of focus and a reduction of the chromatic aberration can be obtained. On the other hand, with the Fibonacci sequence, bifocal diffractive lenses can be designed. Combining these lenses based on aperiodic geometries with helical phase masks, new distributions of optical vortices have been generated that can be used as optical traps to trap and manipulate micrometric particles. Taking all these diffractive structures as a starting point in the development of this Doctoral Thesis, progress has been made in the study and experimental characterization of diffractive lenses based on aperiodic sequences different from those previously considered. In particular, new focusing and imaging properties have been obtained using the Walsh functions and the m¿bonacci sequence. The study and experimental characterization of diffractive lenses in the THz range has also been addressed. Different prototypes have been developed by means of 3D printing that are allowing both the focusing and the generation of THz vortices. / Els Elements Òptics Difractius han experimentat un creixent interès en els últims anys a causa de les seves múltiples aplicacions en els camps de la microscòpia i de les telecomunicacions, entre altres. Actualment, també s'estan desenvolupant importants progressos en el disseny de lents intraoculars i lents de contacte basades en estructures difractives. Durant el procés de realització d'aquesta Tesi Doctoral s'ha estudiat en primer lloc l'estat de l'art relacionat amb aquests elements òptics, prestant especial interès en el disseny i caracterització de lents difractives. En la seva forma més senzilla, aquestes lents estan formades per un conjunt d'anells transparents i opacs distribuïts periòdicament al llarg de la variable radial quadràtica. Reemplaçant aquesta distribució periòdica d'anells per una seqüència aperiòdica determinista, s'ha aconseguit millorar les prestacions de les lents difractives. Així, per exemple, amb la seqüència fractal de Cantor es pot obtenir una extensió de la profunditat de focus i una reducció de l'aberració cromàtica. D'altra banda, amb la seqüència de Fibonacci, es poden dissenyar lents difractives bifocals. Combinant aquestes lents basades en geometries aperiòdiques amb màscares de fase helicoïdals s'han generat noves distribucions de vòrtex òptics susceptibles de ser utilitzats com trampes òptiques per atrapar i manipular partícules micromètriques. Prenent totes aquestes estructures difractives com a punt de partida en el desenvolupament d'aquesta tesi doctoral, s'ha avançat en l'estudi i caracterització experimental de lents difractives basades en seqüències aperiòdiques diferents a les considerades prèviament. En concret, s'han obtingut noves propietats de focalització i formació d'imatges utilitzant les funcions de Walsh i la seqüència m¿bonacci. També s'ha abordat l'estudi i caracterització experimental de lents difractives en el rang dels THz. S'han desenvolupat diferents prototips mitjançant impressió 3D que estan permetent tant la focalització, com la generació de vòrtex de THz. / Machado Olivares, FJ. (2018). Estudio y caracterización experimental de nuevas estructuras difractivas [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/107387 / Compendio

Nanodiamonds (NDs) are the subject of intense investigation for their unique physical and chemical properties. Due to high hardness, optical transparency and biocompatibility, NDs find applications in tribology, catalysis and drug delivery. When enriched with nitrogen-vacancy (NV) centers, NDs can be used in bioimaging and biosensing. While the field is progressing rapidly, a number of problems are still open. In this dissertation I have tackled two important aspects for the development of NDs as biosensors: 1) production of NDs with controlled size and properties; 2) characterization and optimization of commercial fluorescent NDs as probes of paramagnetic species. In the first part of my thesis, I report a novel synthesis route for NDs by pulsed laser ablation (PLA) in water. PLA can directly produce diamonds on a nanoscopic scale, with potential advantages over alternative methods, like grinding of bulk crystals or detonation techniques. Specifically, I demonstrate synthesis of nanometric diamond crystals by PLA in an aqueous environment and investigate the thermodynamics of this process. Indeed, the synthesis of NDs by PLA is related to a drastic change in the thermodynamic state of the target upon laser irradiation. Fast laser-induced heating results in melting and superheating of the target, followed by a strong boiling, a process named “phase explosion†, and then by a fast cooling of the molten material in water. I provide a theoretical description of both superheated and undercooled liquids and of the mechanism of phase explosion. The investigation of the link between the metastable liquids (superheated or undercooled) and the synthesis of nanoparticles is carried out by theoretical analyses, computer simulations and comparison of our experimental data with previous literature. In the second part of the thesis I turn to commercial NDs enriched with (NV) centers. The purpose of the investigation is to explore the use of fluorescent NDs for sensing of paramagnetic species of biological interest. To this end, I explored the effects of size and surface coating on the optical properties and sensing capabilities of fluorescent NDs. Following a theoretical introduction to the basic properties of the NV centers and to the ground state spin dynamics of these color centers, I describe the set up used for the experimental characterization of the NDs. All NDs used in my experiments, characterized by different sizes and coatings, presented high fluorescence levels, the result of a relatively high concentration of NV center. In all NDs, I observed a fast loss in coherence due to interactions between the NV centers and with the external environment. The most striking and unexpected result concerns the dynamics of the spin-lattice relaxation time T1. Differently from previous reports, spin dynamics after polarization of NV centers could not be described by a single exponential decay, but showed a sharp signal increase that I attribute to charge dynamics and charge conversion between the negative and neutral forms of the NV center. Unexpectedly, I found that coupled charge and spin dynamics are strongly affected by paramagnetic interactions, yielding unprecedented sensitivity to subnanomolar concentrations of gadolinium, a strong paramagnetic contrast agent. The connection between relaxation dynamics and concentration of paramagnetic species can open new perspectives in biosensing and in bioimaging. As a demonstration of a practical application, I tested the sensitivity of NDs in the detection of deoxyhemoglobin, an endogenous paramagnetic species in blood.