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.

The theoretic study of electronic structure parameters in transition metal compounds is interesting in solid state chemistry. Many of these parameters are related with magnetism. The magnetic properties of these materials, in particular those of the transition metal oxides, are the basis of a possible technological interest since, for example, some of these doped compounds could be superconductors or feature large magnetorresistences. Because of the important role of these materials, many theoretic works study the electronic structure of transition metal compounds using simple models. Besides the parameters related to magnetism, quantum chemistry can also provide detailed information about spectroscopic parameters. Anderson proposed in the 50's the first theoretic interpretation for the behaviour of magnetic materials. In the next years qualitative interpretations were proposed to explain magnetism. Perturbation theory was applied by de Loth et al. in the 80's to perform detailed analyses on the physical contributions to magnetic couplings showing that dynamical electron correlation in quantum mechanical calculations is crucial to reproduce the order of magnitude of couplings. Taking as a reference point that of de Loth, the DDCI method (Difference Dedicated Configuration Interaction) was developed. This is a selected configuration interaction technique where the configurations responsible for the physical effects are included. Our group satisfactorily utilised and developed this method to obtain accurate energy differences between electronic states.We herein used that method for the theoretical study of magnetic coupling constants, J, and to get other electronic structure parameters in a series of transition metal oxides. We have also used perturbative methods such as the CASPT2, cheaper than the DDCI, which allows dealing with larger systems. The main conclusions that arose from this work are:1. Although the DDCI method with minimal CAS performs correctly in the study of magnetic couplings, it is expensive and other possibilities should be taken into account, namely, the CI procedure including an extended CAS adding the orbital with ligand character and its monoexcitations. This space assures including the polarisation of the charge distribution in the wave function, in response to the charge transfer from ligand to metal (LMCT).2. The extended active space must include the LMCT effects. The results show that the projection of a model vector with pure bridging ligand character in the set of inactive orbitals results in an effective scheme to account for all important LMCT configurations in the reference wave function.3. Using this scheme in the spin ladder compounds, one observes an overestimation of the antiferromagnetic component of J, which can be partially overcame including the 2h, 2p and 1h-2p excitations with the DDCI2 method. 4. Due to the particular structure of the spin ladders, there are many different interactions between copper ions. For the magnetic coupling, the second neighbouring interaction is very small, so it has not to be taken into account in the study of the macroscopic properties. The interactions along the Cu-O-Cu bonding are important in the SrCu2O3 and Sr2Cu3O5 compounds, whereas the distorted planes in CaCu2O3 reduce the rung interaction. We can observe the same weak interactions in the interladder. For this reason it is better to consider the CaCu2O3 compound as a 1D spin chain.5. We have applied the effective Hamiltonian technique using three different procedures to calculate the direct exchange parameter, Kab, the hopping integral, t, and the on site repulsion, U. The three procedures are: the Bloch Hamiltonian, the intermediate effective Hamiltonian and the Gram-Schmidt ortogonalisation. We suggest using the latter. Although it might be difficult to identify the high-energy states, this does not influence much this procedure and the negative values obtained for Kab vanish when IDDCI functions are used.6. We have studied the local d-d excitations in the 3d shell of the manganese ion of CaMnO3. We have obtained the d-d excitation energies and the ligand field energy at CASSCF and CASPT2 level. We observed a reduction of the 10Dq parameter when going from the small [MnO6] to the large [MnO6Al6Ca8O16] clusters.7. In the CaMnO3 perovskite there are no states with predominant CT character below 4.5 eV with the [MnO6] cluster, although using the [MnO6Al6Ca8O16] cluster this value is also reduced by 1 eV.8. For the ground state, a d3 excited state or a CT state of CaMnO3, the formal charge of manganese ion remains +3. / El estudio teórico de los parámetros de estructura electrónica en materiales de metales de transición es un campo emergente en química y física del estado sólido. Muchos de estos parámetros están relacionados con fenómenos magnéticos. Las propiedades magnéticas de estos materiales, en particular de los óxidos de metales de transición, son la base de un posible interés tecnológico ya que, por ejemplo, algunos de estos materiales dopados, pueden llegar a ser superconductores y en otros se observan magnetoresistencias muy grandes. Debido a la importancia de estos materiales muchos trabajos teóricos tratan de estudiar la compleja estructura electrónica de estos compuestos de metales de transición utilizando necesariamente modelos simplificados. Nuevos avances en química cuántica hacen que sea posible un tratamiento ab initio de la estructura electrónica de dichos materiales. Aparte de las propiedades magnéticas, la química cuántica también puede dar información detallada sobre parámetros relacionados con la espectroscopia. Se ha utilizado como punto de partida para el estudio teórico del magnetismo el modelo de Anderson que en los años 50 propuso la primera interpretación teórica al comportamiento magnético de los materiales. En años posteriores se propusieron interpretaciones qualitativas para explicar el comportamiento magnético. Ya en los años 80, de Loth et al. utilizaron la Teoría de Perturbaciones para realizar un análisis detallado de las contribuciones físicas que contribuyen al acoplamiento magnético y demostraron que la inclusión de la correlación dinámica es crucial para reproducir el orden de magnitud del acoplamiento. Más tarde, teniendo como punto de partida el método de de Loth et al. se desarrolló el método DDCI (Difference Dedicated Configuration Interaction). Este es un método de interacción de configuraciones seleccionada donde se incluyeron las configuraciones responsables de los efectos físicos que contribuyen de forma significativa a la descripción física del acoplamiento. Este método ha sido desarrollado y utilizado por nuestro grupo dando resultados satisfactorios para las diferencias de energía entre diferentes estados electrónicos. En este trabajo se ha usado este método para el estudio teórico de la constante de acoplamiento magnético, J, así como para extraer otros parámetros de estructura electrónica en una serie de óxidos de metales de transición. También se han utilizado métodos perturbativos como el CASPT2, menos costoso que el mencionado DDCI, y que, por tanto, permite tratar sistemas con un número elevado de átomos o que dan lugar a espacios modelos grandes. Las principales conclusiones del trabajo presentado son:1. Los resultados obtenidos en este trabajo corroboran que se obtienen estimaciones correctas de las constantes de acoplamiento magnético y otros parámetros de estructura electrónica con el método DDCI partiendo de un espacio activo mínimo. No obstante, el coste computacional del método DDCI, sugiere la necesidad de una estrategia alternativa, como sería el procedimiento de interacción de configuraciones que incluye un CAS extendido añadiendo el orbital con fuerte caràcter del ligando y sus monoexcitaciones. Este espacio asegura la inclusión en la función de onda de la polarización de la distribución de carga en respuesta a la transferencia de carga del ligando hacia el metal (LMCT). 2. El espacio activo extendido debe asegurar que incluya de forma óptima los efectos LMCT. Se han comparado diferentes procedimientos para obtener el espacio activo extendido y los resultados muestran que la proyección de un vector modelo con carácter puro del ligando puente en el conjunto de orbitales inactivos resulta un esquema efectivo para introducir todas las configuraciones importantes LMCT en la función de onda de referencia.3. En los spin ladders este tratamiento reproduce peor los valores y tiende a sobrestimar la componente antiferromagnética del acoplamiento. Esta sobrestimación se remedia parcialmente añadiendo las excitaciones 2h y 2p a la expansión IC de acuerdo con el esquema DDCI2. La función de onda contiene así efectos de correlación dinámica de los electrones del ligando puente. Esto tiende a reducir la importancia de las excitaciones LMCT. Además, la función de onda incluye las excitaciones del tipo 1h-2p, las cuales contribuyen ferromagnéticamente al acoplamiento en los sistemas expuestos.4. La particular estructura de los spin ladders da lugar a un gran número de interacciones diferentes entre los centros de cobre. Para el acoplamiento magnético la interacción a segundos vecinos es muy pequeña, justificando que se desprecie en estudios de propiedades macroscópicas. En cambio sí que se tiene que tener en cuenta la interacción interladder. Las interacciones a lo largo de los enlaces Cu-O-Cu son importantes en los compuestos con Sr (SrCu2O3 y Sr2Cu3O5) mientras que la distorsión de los planos en el compuesto de Ca (CaCu2O3) reduce considerablemente la interacción a lo largo de los rungs. También se observa una débil interacción en el interladder. Este hecho hace que se entienda mejor el compuesto CaCu2O3 si se considera como una cadena unidimensional de espín.5. El cálculo del intercambio directo Kab, de la integral de salto t y la autorrepulsión efectiva en un centro U, se ha realizado utilizando técnicas de Hamiltonianos efectivos empleando tres prodecimientos distintos: Hamiltoniano de Bloch, Hamiltoniano hermítico mediante ortogonalización de Gram-Schmidt y Hamiltoniano efectivo intermedio. De los tres, se sugiere la utilización de la ortogonalización de Gram-Schmidt. El difícil reconocimiento de los estados altos en energía no repercute tanto en este procedimiento y los valores negativos que se obtienen de Kab desaparecen cuando se usan funciones IDDCI. 6. Se han estudiado las excitaciones locales dentro de la capa 3d del ion manganeso en la perovskita CaMnO3 obteniéndose los valores de las energías de las excitaciones d-d y la energía del campo cristalino a dos niveles de cálculo distintos CASSCF y CASPT2. Se observa una disminución del parámetro 10Dq en 1 eV cuando se pasa de tratar el material con el cluster [MnO6] al cluster [MnO6Al6Ca8O16].7. En la perovskita CaMnO3 no se encuentran estados con carácter predominante de transferencia de carga por debajo de los 4.5 eV con el cluster [MnO6], aunque utilizando el cluster [MnO6Al6Ca8O16], este valor también se reduce en 1 eV.8. En el compuesto CaMnO3, tanto para el estado fundamental como para un estado excitado d3 o un estado de transferencia de carga, la carga formal del ion manganeso se mantiene igual a +3.

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 growing significance, technical development and employment of electromagnetic (EM) methods in exploration geophysics have led to the increasing need for reliable and fast techniques of interpretation of 3-D EM data sets acquired in complex geological environments. The first and most important step to creating an inversion method is the development of a solver for the forward problem. In order to create an efficient, reliable and practical 3-D EM inversion, it is necessary to have a 3-D EM modelling code that is highly accurate, robust and very fast. This thesis focuses precisely on this crucial and very demanding step to building a 3-D EM interpretation method. The thesis presents as its main contribution a highly accurate, robust, very fast and extremely scalable numerical method for 3-D EM modelling in geophysics that is based on finite elements (FE) and designed to run on massively parallel computing platforms. Thanks to the fact that the FE approach supports completely unstructured tetrahedral meshes as well as local mesh refinements, the presented solver is able to represent complex geometries of subsurface structures very precisely and thus improve the solution accuracy and avoid misleading artefacts in images. Consequently, it can be successfully used in geological environments of arbitrary geometrical complexities. The parallel implementation of the method, which is based on the domain decomposition and a hybrid MPI-OpenMP scheme, has proved to be highly scalable - the achieved speed-up is close to the linear for more than a thousand processors. Thanks to this, the code is able to deal with extremely large problems, which may have hundreds of millions of degrees of freedom, in a very efficient way. The importance of having this forward-problem solver lies in the fact that it is now possible to create a 3-D EM inversion that can deal with data obtained in extremely complex geological environments in a way that is realistic for practical use in industry. So far, such imaging tool has not been proposed due to a lack of efficient, parallel FE solutions as well as the limitations of efficient solvers based on finite differences. In addition, the thesis discusses physical, mathematical and numerical aspects and challenges of 3-D EM modelling, which have been studied during my research in order to properly design the presented software for EM field simulations on 3-D areas of the Earth. Through this work, a physical problem formulation based on the secondary Coulomb-gauged EM potentials has been validated, proving that it can be successfully used with the standard nodal FE method to give highly accurate numerical solutions. Also, this work has shown that Krylov subspace iterative methods are the best solution for solving linear systems that arise after FE discretisation of the problem under consideration. More precisely, it has been discovered empirically that the best iterative method for this kind of problems is biconjugate gradient stabilised with an elaborate preconditioner. Since most commonly used preconditioners proved to be either unable to improve the convergence of the implemented solvers to the desired extent, or impractical in the parallel context, I have proposed a preconditioning technique for Krylov methods that is based on algebraic multigrid. Tests for various problems with different conductivity structures and characteristics have shown that the new preconditioner greatly improves the convergence of different Krylov subspace methods, which significantly reduces the total execution time of the program and improves the solution quality. Furthermore, the preconditioner is very practical for parallel implementation. Finally, it has been concluded that there are not any restrictions in employing classical parallel programming models, MPI and OpenMP, for parallelisation of the presented FE solver. Moreover, they have proved to be enough to provide an excellent scalability for it.

This Ph.D. Thesis has been devoted to the preparation and characterisation of bulk Gd5(SixGe1-x)4 alloys and to the study of the magnetocaloric effect at the first-order magnetostructural transition appearing in these compounds. We summarise the most relevant results from this research:- Bulk Gd5(SixGe1-x)4 samples with 0¡Âx ¡Â0.5 have been prepared by using our home-made arc-melting furnace. Characterisation techniques (SEM, microprobe, XRD, DSC, magnetisation, ac susceptibility) show that the 5:4 phase with the desired x is obtained. Some spread around the nominal value and secondary 5:3 and 1:1 phases are detected. Heat treatment favour the segregation of these secondary phases, but also reduce the spread in the x value. A treatment at 920 ¨¬C for 4 hours in a 10-5 mb vacuum furnace enables a trade-off between phase segregation and removal of x spread.- A new differential scanning calorimeter (DSC), which operates under applied magnetic fields of up to 5 T and within the temperature range 10-300 K, has been developed. This calorimeter enables an accurate determination of the entropy change associated with a magnetostructural phase transition. The transition can be induced by sweeping either T or H. - It has been shown that the Clausius-Clapeyron equation and DSC measurements yield the entropy change associated with the first-order magnetostructural transition, ∆S. If the Maxwell relation is evaluated only within the field range over which the transition takes place, the same value is obtained. When the Maxwell relation is evaluated over the whole field range, the T and H dependences of the magnetisation in each phase outside the transition region yield an additional entropy change to that associated with that of the actual first-order transition. The transition temperature Tt must significantly shift with the applied field, in order to achieve a large MCE taking advantage of ∆S.- DSC under H has been used to measure ∆S for Gd5(SixGe1-x)4, x ¡Â0.5. ∆S scales with Tt, which is a direct consequence of the fact that Tt is tuned by x and H and it is thus expected to be universal for any material showing a field-induced transition. The specific shape of ∆S vs. Tt will depend on the details of the phase diagram, Tt(x). The scaling of ∆S shows the equivalence of magnetovolume and substitution-related effects in Gd5(SixGe1-x)4 alloys.- The variation of the transition field with the transition temperature, dHt/dTt, has been studied in Gd5(SixGe1-x)4 for 0¡Âx ¡Â0.5. It is shown that dHt/dTt governs the scaling of ∆S with Tt. Two distinct behaviours for dHt/dTt have been found on the two compositional ranges where the magnetostructural transition occurs, showing the difference in the strength of the magnetoelastic coupling in this system.- It has been shown that an unreported field-induced magnetic phase transition exists from the AFM phase to a phase which presents short-range correlations (SRAFM). The results suggest that the transition results from the breaking of the long-range AFM correlations when a magnetic field is applied, which leads to competing FM and AFM short-range correlations. FM correlations are also relevant in the whole long-range AFM phase. The expected transition from the SRAFM to the PM phase takes place at ~240 K at zero field, being widened and smoothed under applied field. This finding in the Ge-rich Gd5(SixGe1-x)4 alloys arises from the competition between the intraslab FM interactions and the interslab AFM interactions.- The dynamics of the first-order transition in Gd5(SixGe1-x)4 alloys has been studied by cycling virgin samples. The field-induced entropy change increases during the first cycles, then reaching a stationary value. This behaviour is related to the avalanche distribution, which also evolves with cycling. The structure of avalanches becomes repetitive after a few cycles tending towards a power-law distribution, unveiling the athermal character of the transition.

Comprendre les relations entre structures et propriétés des oxydes de métaux de transition complexes a été un objectif de longue date. Les multiferroïques de type II, pour lesquels un ordre magnétique à longue distance et la polarisation électrique apparaissent simultanément, ont attiré un intérêt considérable à la fois du point de vue fondamental et technologique. Cette thèse traite de la synthèse, et de l'étude des structures cristallines et magnétiques et des propriétés de magnéto-électriques d'un système magnétique non trivial: la famille des composés pyroxène M2M1T2O6 (M2 = métal mono- ou bivalent, M1 = métal de transition di- ou trivalent, T = Si ou Ge). L'objectif de cette thèse réside dans l'étude de leurs propriétés magnétiques et multiferroïques sur la base de la compréhension de leurs structures. Cinq systèmes ont été étudiés et sont présentés, visant à comprendre comment la variation des structures affecte les propriétés magnétiques et magnéto-électriques qui en découlent.Nous avons synthétisé le pyroxène Cu0.8Mg1.2Si2O6 qui cristallise avec la structure de type bas-clinopyroxene, avec Cu2 + localisé sur le site de M2 en raison de sa nature Jahn-Teller. Cela rend Cu0.8Mg1.2Si2O6 paramagnétique à toutes températures en raison de l'arrangement isolé des cations magnétiques.Les propriétés de CaMnGe2O6, ont été réétudiées par mesures de susceptibilité magnétique, chaleur spécifique et diffraction de neutrons. Des corrélations de spins unidimensionnelles à courte portée ont été attestées par l'ajustement par un modèle phénoménologique de mesures de diffusion diffuse magnétique de neutrons. L'effet magnéto-électrique linéaire et la ferrotoroïdicité concomitante autorisés par la symétrie magnétique, ont été mis en évidence expérimentalement et théoriquement. Le composé CaMnSi2O6 a été synthétisé à haute pression et à haute température et étudié pour évaluer l'effet de la modification de taille sur le site T sur les propriétés magnétiques du système. Il apparaît que CaMnSi2O6 présente des propriétés magnétiques très similaires à celles de son homologue Ge: la symétrie magnétique et les propriétés magnéto-électriques sont conservées.Pour étudier l'effet de la substitution sur le site M1 occupé par des cations 3d magnétiques, nous avons étudié le diagramme de phase magnétique de la solution solide CaCo1-xMnxGe2O6, pour laquelle les deux membres extrêmes présentent des états fondamentaux magnétiques différent. Sauf pour le cas x = 0, tous les composés présentent deux transitions de phase magnétiques, celle a T la plus élevée correspondant à un ordre magnétique à courte portée et celle à T la plus basse à un ordre AFM. Jusqu'à x = 0,75 (riche en Co), l'ordre AFM à basses T correspond à celui du composé x = 0, la transition à T plus élevées état désordonné de spins gelés. Pour les valeurs de x plus élevées, de l'état fondamental correspond à l'ordre AFM du composé x = 1 (pur Mn). L'ordre magnétique à courte portée observé à des températures élevées est attribué à des corrélations de spin unidimensionnelles induites par la frustration.En outre, une nouvelle famille de pyroxènes à base de Sr, SrMGe2O6 (M = Mn, Co) a été synthétisée et étudiée, rendant accessible l'étude des relations magnéto-structurales liées à la substitution de cations sur le site M2. Nos mesures magnétoélectriques et les données de NPD indiquent que SrMnGe2O6 est un multiferroïque de type II avec un ordre magnétique caractérisé par une configuration de spins cycloïdale, tandis que SrCoGe2O6 devrait présenter un effet magnétoélectrique bilinéaire, comme autorisé par sa symétrie magnétique C2'/c'. La comparaison entre les pyroxènes à base de Sr et de Ca a été effectuée d'un point de vue structural, et les paramètres structuraux pertinents pour les états fondamentaux magnétiques ont été également étudiés. / Understanding the relationships between the structures and properties of complex transition metal oxides has been a long-standing goal. Multiferroics of spin origin, for which magnetic long range order and electric polarization appear simultaneously, have been attracting considerable interest both from fundamental and technological point of view. This thesis deals with the synthesis, crystal and magnetic structures and magneto-electric properties on a non-trivial magnetic system: the family of pyroxene compounds M2M1T2O6 (M2 =mono- or divalent metal, M1=di- or trivalent transition metal, T=Si or Ge). The focus of this thesis lies on multiferroic and exotic magnetic properties based on the understanding of their structures. Five systems have been investigated and presented aiming to understand how the structural variation affects the magnetic properties, and the ensuing magneto-electric properties.We have synthesized a copper-bearing pyroxene Cu0.8Mg1.2Si2O6 which crystallizes with the low-clinopyroxene structure, with Cu2+ located in the M2 site due to the Jahn-Teller nature of the Cu2+ cation. This makes Cu0.8Mg1.2Si2O6 paramagnetic at all temperatures because of the isolated arrangement of the magnetic cations.The properties of CaMnGe2O6, were re-investigated by means of magnetic susceptibility, heat capacity and neutron diffraction measurements. One dimensional short-range spin correlations were evidenced by fitting a phenomenological model to diffuse magnetic neutron scattering. The linear magnetoelectric effect and concomitant ferrotoroidicity allowed by the magnetic symmetry, were evidenced experimentally and theoretically. High pressure and high temperature synthesized CaMnSi2O6 was investigated to evaluate the effect of size modification on the T site on the magnetic properties of the system. It turns out that CaMnSi2O6 displays quite similar magnetic properties to its Ge counterpart: both the magnetic symmetry and magneto-electric properties are conserved.To study the effect of substitution on the M1 site occupied by magnetic 3d cations, we investigated the magnetic phase diagram of the CaCo1-xMnxGe2O6 solid solution, for which the two end members display different magnetic ground states. Except for the x=0 case, all compounds undergo two magnetic phase transitions, the higher T one corresponding to short range magnetic ordering and the low T one to AFM ordering. Up to x=0.25 (Co rich part), the low T AFM order corresponds to that of the x=0 end member and the transition observed at higher temperatures corresponds to frozen spin disorder. For higher x values, the ground state corresponds to the AFM order of the x= 1 pure Mn end member. The magnetic transition with short-range character at high temperatures is attributed to one-dimensional short range spin correlations induced by frustration.Moreover, a new family of Sr-based pyroxenes SrMGe2O6 (M=Mn, Co) was synthesized and investigated, making the study of magneto-structural relationships accessible for the substitution of cations on the M2 site. Magnetoelectric measurements and NPD data indicate that SrMnGe2O6 is a multiferroic of spin origin with a magnetic order characterized by a cycloidal spin configuration, while SrCoGe2O6 should display bilinear magnetoelectric effect as allowed by its commensurate magnetic symmetry determined as C2'/c'. The comparison between Sr- and Ca-based pyroxenes from a structural viewpoint has been performed, and the relevant structural parameters for the magnetic ground states are also appreciated.

The photosynthesis is the process used by the plants and bacteria cells to convert the inorganic matter in organic thanks to the light energy. This process consist on several steps, being one of them the plastoquinone-9 (PQ) electronic transport from the Photosystem II to the cytochrome. In this Ph. D. Thesis we prepare membranes that mimic the characteristics of the natural cell membranes and we characterize them using several techniques in order to obtain the PQ molecules position in the membranes and to study its electrochemical behaviour. These membranes are prepared using several lipids and their mixtures with PQ and ubiquinone-10 (UQ). Both the pure components and the lipid:quinone mixtures have been studied using surface pressure-area per molecule isotherms. These isotherms give information about the film stability (Langmuir film) at the air/water interface and the mathematical treatment of their results indicates the thermodynamic behaviour of the mixture and their physical state. Moreover, the Brewster Angle Microscopy technique has been used to study in situ the possibility of microscopic aggregation. On the other hand, the Langmuir-Blodgett (LB) film has been transferred onto mica forming a monolayer that mimics the bottom layer of the biological membranes. This monolayer has been topographically characterized using AFM and both the height and the physical state that they present have been obtained. In addition, these monolayers have been transferred onto ITO that is a hydrophilic substrate with good optical and electrical features, so that, being a good candidate for studying the electrochemical behaviour of these systems. On the other hand, the DPPC:UQ system has been also studied preparing SPBs using liposomes. These SPBs have been characterized using force spectroscopy and the other techniques that have been pointed previously and are suitable to working with SPBs. The obtained results for the pure quinones indicate that they form Langmuir monolayers in the liquid expanded (LE) state at surface pressures below the collapse. The cyclic voltammograms (CV) of the LB films transferred on ITO shows one (process I) or two processes (process I and II), depending on the surface pressure at which the monolayer has been transferred. The processes present the same formal potentials for both quinones at biological pH. On the other hand, the pure lipids, in general, form more compact states than the corresponding lipid:quinone mixture. The galactolipid:quinone systems indicate that, at low surface pressures, non-ideal mixtures are obtained being favoured the interactions between molecules of the same kind. Increasing the surface pressure, the system changes from LE to liquid-condensed (LC), which implies the quinone rejection from the lipids head zone. The electrochemical results indicate that this rejection can be vertically or horizontally. Vertically, achieving a position above the lipid head region but still in the lipid matrix, or out of the lipìd matrix, placed parallel to the matrix over it. The horizontal rejection (from the LC zones) implies that the quinone molecules are placed in the LE zones enriching them and forming pools of quinone. The positions described for the quinone in a lipid: quinone system can be classified in "diving", with the quinone molecules in the matrix with or without ITO-quinone contact, and "swimming", which is correlated with the quinones placed over the matrix. The "diving" and "swimming" positions induce different redox processes and the charge involved at each process indicates which position is predominant. Both redox processes are irreversible due to the slow charge transfer rate at the ITO-monolayer/electrolyte interface. Moreover, this electron transfer is produced by direct transfer or electron hopping. / La fotosíntesi és el procés mitjançant el qual les cèl·lules de les plantes i bactèries converteixen la matèria inorgànica en orgànica gràcies a la llum. Aquest procés consta de diferents etapes i una d'elles és el transport electrònic per part de la plastoquinona-9 (PQ) des del Fotosistema II fins al citocrom. En aquesta tesi preparem membranes que emulen les característiques de les membranes de les cèl·lules naturals i les caracteritzem amb diverses tècniques per tal d'obtenir la posició de les molècules de PQ en la membrana i estudiar el seu comportament electroquímic. Aquestes membranes es preparen utilitzant diferents lípids i les seves mescles amb PQ i ubiquinona-10 (UQ). Tant els components purs com les mescles s'han estudiat fent servir isotermes pressió superficial-àrea per molècula, ja que dóna informació de l'estabilitat de la pel·lícula de molècules (pel·lícula Langmuir) a la interfase aire|aigua. El tractament matemàtic dels resultats d'aquestes isotermes permet obtenir el comportament termodinàmic de la mescla i el seu estat físic. A més, s'han estudiat els sistemes in situ fent servir la tècnica de Brewster Angle Microscopy per observar la possibilitat de segregació microscòpica. Per altra banda, la pel·lícula Langmuir-Blodgett (LB) ha estat transferida sobre mica formant una monocapa que simula la capa inferior de les membranes naturals. Aquesta capa s'ha caracteritzat topogràficament utilitzant AFM, s'ha mesurat l'alçada i s'ha estudiat l'estat físic que presenta. A més, aquestes pel·lícules s'han transferit sobre ITO que és un substrat hidrofílic que té unes bones característiques òptiques i elèctriques i per tant permet obtenir el comportament electroquímic d'aquests sistemes. En afegit, el sistema DPPC:UQ s'ha estudiat preparant SPBs utilitzant liposomes. Aquestes SPBs s'han caracteritzat per espectroscòpia de força, a més de les tècniques prèviament exposades que li són aplicables. Els resultats obtinguts per les quinones pures indiquen que formen monocapes de Langmuir en fase líquid expandit (LE) a pressions superficials inferiors al col·lapse. L'estudi per voltametria cíclica (CV) de LB de quinones transferides sobre ITO mostra, en funció de la pressió superficial de transferència, un (I) o dos processos redox (processos I i II) amb els mateixos potencials formals per les dues quinones a pH biològic. Per altra banda, els lípids purs, en general, formen fases més compactes que els sistemes galactolípid:quinona. Els sistemes galactolípid:quinona indiquen que, a pressions baixes, es formen mescles no ideals, on estan afavorides les interaccions entre molècules iguals. A l'augmentar la pressió, el sistema pateix una transició de fase de LE a líquid compacte (LC) que provoca l'expulsió de la quinona de la zona dels caps dels lípids. L'estudi per CV indica que aquesta expulsió pot ser vertical o horitzontal. Vertical, posicionant-se la quinona per sobre dels caps dels lípids, però encara dintre de la matriu lipídica, o fora de la matriu, posicionant-se perpendicularment a les cadenes lipídiques. L'expulsió horitzontal (de les zones LC) implica que la quinona va a parar a les zones LE, enriquint aquestes en quinona i formant-se "pools" de quinona. Les posicions descrites per la quinona en un sistema lípid:quinona es poden classificar en "diving" amb les quinones dintre de la matriu, ja sigui amb o sense contacte ITO-quinona, i la "swimming", que són quinones que estan a sobre de la matriu. Les posicions "diving" and "swimming" donen lloc a processos redox diferents i la càrrega que presenta cada procés, permet saber quina posició és dominant. Els dos processos redox són irreversibles donada la lenta transferència de càrrega en les interfases ITO-monocapa/electrolit. A més, aquest intercanvi d'electrons té lloc per transferència directa o per electron hopping.

S'ha realitzat un estudi sobre els mecanismes de formació de micropartícules polimèriques i les seves pel•lícules granulars, a partir de l'assecat de microgotes de electrosprays. L'estudi se centra en diferents solucions de tres polímers insolubles en aigua: polimetil(metacrilat), poliestirè, i etil cel•lulosa. L'assecat d'aquests electrosprays dóna lloc a diverses morfologies de partícula, que han estat determinades mitjançant microscòpia d'escombrat electrònic, i han estat caracteritzades en funció del solvent, concentració del polímer, el seu pes molecular, i la humitat relativa ambient. Les morfologies obtingudes inclouen una varietat d'estructures de partícula globulars i filamentoses, que, a humitat relativa elevada, poden desenvolupar porositat. Aquestes característiques morfològiques han estat explicades mitjançant models qualitatius que involucren fenòmens fluid dinàmics i sobre separació de fases, presents en sistemes relacionats amb els estudiats. Un dels fenòmens fluid dinàmics involucrats clau són les inestabilitats coulòmbiques de gotes elèctricament carregades. A més, la interacció de no solvent de l'aigua en la precipitació del polímer pot donar lloc a textures poroses sobre la superfície de les partícules. Les diferents formes de textura han estat explicades en referència als fenòmens de breath figure formation (BFF), i a la inversió de fases induïda per vapor (vapor induced phase separation, o VIPS). També hem estudiat el creixement de les pel•lícules granulars formades a partir de les partícules polimèriques. Demostrem que la càrrega elèctrica transportada per les partícules cap a la pel•lícula influeix fortament en la dinàmica de creixement d’aquesta. Un millor coneixement dels mecanismes estudiats en aquesta tesi hauria de permetre dissenyar nous processos de manufactura de partícules i recobriments basats en electrospray. Se ha realizado un estudio sobre los mecanismos de formación de micropartículas poliméricas y sus películas granulares, a partir del secado de microgotas de electropras. El estudio se centra en diferentes soluciones de tres polímeros insolubles en agua: polimetil(metacrilato), poliestireno, y etil celulosa. El secado de estos electrosprays da lugar a diversas morfologías de partícula, que han sido determinadas mediante microscopía de barrido electrónico, y han sido car / Se ha realizado un estudio sobre los mecanismos de formación de micropartículas poliméricas y sus películas granulares, a partir del secado de microgotas de electropras. El estudio se centra en diferentes soluciones de tres polímeros insolubles en agua: polimetil(metacrilato), poliestireno, y etil celulosa. El secado de estos electrosprays da lugar a diversas morfologías de partícula, que han sido determinadas mediante microscopía de barrido electrónico, y han sido caracterizadas en función del solvente, concentración del polímero, su peso molecular, y la humedad relativa ambiente. Las morfologías obtenidas incluyen una variedad de estructuras de partícula globulares y filamentosas, que, a humedad relativa elevada, pueden desarrollar porosidad. Estas características morfológicas han sido explicadas mediante modelos cualitativos que involucran fenómenos fluido dinámicos y sobre separación de fases, presentes en sistemas relacionados con los estudiados. Uno de los fenómenos fluido dinámicos involucrados clave son las inestabilidades coulómbicas de gotas eléctricamente cargadas. Además, la interacción de no solvente del agua en la precipitación del polímero puede dar lugar a texturas porosas sobre la superficie de las partículas. Los diferentes tipos de texturas han sido explicadas en referencia a los fenómenos de breath figure formation (BFF), y a inversión de fases inducida por vapor (vapor induced phase separation, o VIPS). También hemos estudiado el crecimiento de las películas granulares formadas a partir de las partículas poliméricas. Demostramos que la carga eléctrica transportada por las partículas hacia la película influye fuertemente en la dinámica de crecimiento de ésta. Un mejor conocimiento de los mecanismos estudiados en esta tesis debería permitir diseñar nuevos procesos de manufactura de partículas y recubrimientos basados en electrospray. / A study has been made of the mechanisms underlying the formation of polymeric microparticles and of their granular films, by drying of electrospray microdroplets. The study is focused on different solutions of three water-insoluble polymers: polymethyl(methacrylate), polystyrene, and ethyl cellulose. The drying of such electrosprays result in diverse particle morphologies, which have been determined by scanning electron microscopy, and have been characterized as a function of the solvent, polymer concentration, polymer molecular weight, and ambient relative humidity. The morphologies obtained include a variety of globular and filamented particle structures, which, at elevated relative humidity, can develop porosity. These morphological features have been explained using qualitative models involving fluid dynamic and phase separation phenomena which are known to occur in closely related systems. One of the key fluid dynamic phenomena involved is the coulombic instability of electrically charged droplets. In addition, the non-solvent interaction of water on the precipitation of the polymer can lead to porous textures on the particles surfaces. The different kinds of textures have been explained by reference to breath-figure formation (BFF) and vapor induced phase separation (VIPS) phenomena. We have also studied the growth of the granular films of such polymer particles. We show that the electrical charge transported by the particles to the film have a strong influence on the film growth dynamics. The better understanding of the mechanisms studied in this thesis, should help design new manufacturing processes of particles and coatings based on electrospray.