Trabajo de Fin de Máster

Tutor/a: José Caridad, Ignacio López-Quintás

Estudiante: Víctor Garnung

Descripción:

En este trabajo fin de máster, el alumno caracterizará materiales bidimensionales basados en grafeno a través de la realización de medidas de segundo armónico resueltas espacialmente.

El objetivo es detectar y monitorizar la posible rotura de simetría de inversión en este tipo de materiales, de forma local o global, a través de la existencia de tensiones presentes en las muestras o la aplicación de un campo eléctrico externo perpendicular a las mismas.

Tutor/a: Ignacio López (USAL) y Carolina Romero (USAL)

Estudiante:

Descripción:

La irradiación con pulsos ultracortos de dieléctricos cristalinos transparentes permite la modificación localizada de sus propiedades con dimensiones micrométricas. Estas modificaciones son tanto de las propiedades ópticas lineales (índice de refracción) como de su comportamiento no lineal (susceptibilidad no lineal). En este trabajo proponemos explorar la fabricación de diversas estructuras 3D en el interior de medios cristalinos para estudiar posteriormente sus propiedades no lineales y posibles aplicaciones.

El trabajo implica: manipulación de muestras, programación de microposicionadores XYZ de alta precisión, manejo de estación de microprocesado con láser de pulsos ultracortos, utilización de microscopio no lineal, utilización de microscopio óptico convencional, técnicas de reconstrucción de imágenes 3D.

Referencia: Opt. Express 32, 16845 (2024)

Tutor/a: Javier Rodríguez (USAL) y Carolina Romero (USAL)

Estudiante:

Descripción:

Los láseres de femtosegundos se han consolidado como herramientas muy versátiles para el microestructurado de todo tipo de materiales, especialmente en el caso de dieléctricos transparentes. La elevada intensidad que se alcanza en la región focal y la duración extremadamente corta de la interacción láser materia, hacen que se pueda eliminar material sin apenas modificar las propiedades del material circundante (ablación ultrarápida). Este procedimiento permite la creación de canales para aplicaciones microfluídicas con una precisión y flexibilidad sin precedentes en sustratos de vidrio o cristales. En este trabajo proponemos investigar en el microestructurado con pulsos de femtosegundos en dieléctricos transparentes para aplicaciones de microfluídica, utilizando técnicas como el “back-etching” con las que se puede controlar de forma más flexible la geometría y calidad de los canales fabricados.

El trabajo implica: manipulación de muestras, programación de microposicionadores XYZ de alta precisión, manejo de estación de microprocesado con láser de pulsos ultracortos, utilización de microscopio óptico.

Ref. Opt. Express 29, 23477 (2021)

Tutor/a: Jose Luis Henares – jlhenares@clpu.es

Estudiante:

Descripción:

El Centro de Láseres Pulsados (CLPU) es una ICTs dedicada al estudio de la interacción de los láseres de alta potencia (petavatio) con la materia para la generación de plasmas y partículas secundarias. Dicha interacción se realiza colocando un blanco en el foco del láser (donde se concentra toda la energía). En este marco, los blancos gaseosos de densidad crítica tienen un gran interés para la generación de partículas (electrones, protones, …) por sus características, ventajas y menores dificultades técnicas frente a los blancos sólidos, líquidos o criogénicos.

En el Centro de Láseres Pulsados (CLPU) se han desarrollado unas novedosas boquillas para generar un tipo especial de blanco gaseoso con un perfil de densidad con una menor cantidad de materia fuera del eje central. Estos blancos se han probado de manera exitosa logrando la aceleración de haces puros de protones e iones de helio, siendo uno de los primeros laboratorios del mundo en conseguirlo.
Sin embargo, uno de sus inconvenientes es que la expansión de los blancos gaseosos (al ser generados mediante la inyección de gas a alta presión) generan perfiles de densidad extensos radialmente con una forma cuasi-gaussiana. Esto provoca que, para que el láser de alta potencia llegue hasta la zona de densidad crítica, ha de atravesar una región extensa de gas en la que el láser pierde gran parte de su energía. Con el fin de evitar este efecto están en desarrollo varias alternativas. Una de las más significativas es la generación de un plasma mediante un láser secundario para modificar las características del blanco al generar una onda de choque de plasma en las zonas laterales del blanco, técnica conocida como optical shaping (tallado óptico).

Para estudiar la eliminación de las regiones radiales de los blancos gaseosos se va a construir un laboratorio de pruebas en el que se probará el tallado óptico. Dado que la cantidad de gas residual es menor, se necesitará una menor energía de los láseres de tallado y por lo tanto se reducirá la inestabilidad del proceso haciendo posible una mejor interacción láser-plasma lo que conllevará en una mayor carga y mayor energía de partículas aceleradas.
Tareas y cronograma.

El/la investigador/a realizará la puesta en marcha del banco de pruebas para el estudio del tallado óptico para el control fino de la modificación del jet de gas. Además, realizará el análisis de las imágenes de shadowgraphy comprendiendo en el camino la influencia de cada parámetro del experimento.

Tutor/a: Javier Serrano y Carlos Hernández-García

Estudiante:

Descripción: Las técnicas de inteligencia artificial están en auge gracias a sus recientes éxitos en aplicaciones que han llegado al gran público (asistentes virtuales, mejora de imágenes, reconocimiento facial, deepfakes…). En el ámbito científico, la inteligencia artificial también está consiguiendo éxitos muy importantes en la resolución de problemas como la determinación de la estructura 3D de proteínas (AlphaFold) [1], se utiliza de forma habitual en física de altas energías (LHC) [2] e incluso en ámbitos todavía más cercanos a este Máster, como la caracterización de pulsos ultracortos [3].

Dentro de las distintas formas de Inteligencia Artificial que se pueden implementar, la mayoría de estas aplicaciones se catalogan dentro del llamado Deep Learning o Aprendizaje Profundo, que se basa en el uso de redes neuronales. Las redes neuronales son modelos matemáticos que tratan de emular el comportamiento de nuestro cerebro. Estos modelos se entrenan utilizando una gran cantidad de datos, lo que requiere en muchos casos una gran potencia de cálculo. Para facilitar la implementación de estas redes neuronales, existen varios frameworks como TensorFlow [4], PyTorch [5], MXNet [6] o Chainer [7] que, entre otras muchas cosas, pueden hacer uso de tarjetas gráficas para mejorar el rendimiento. Las tarjetas gráficas son muy adecuadas para este fin, ya que permiten realizar un gran número de operaciones con matrices de forma paralela, que es precisamente lo que se requiere.

La generación de armónicos (HGG), utilizada entre otras cosas para la generación de pulsos ultracortos en el ultravioleta extremo (XUV) o incluso rayos X, es un ámbito en el que el Deep Learning resulta muy prometedor. Por un lado porque existen algoritmos como SFA (Strong Field Approximation) [8] que permiten simular de forma rápida estos procesos físicos y pueden utilizarse para generar una gran cantidad de datos de entrenamiento. Por otra parte, porque el comportamiento altamente no lineal de estos procesos y la necesidad de hacer el cálculo en grandes cantidades de átomos para conseguir resultados acordes a la realidad, hacen que el análisis de este proceso y la modificación de los parámetros de entrada para conseguir resultados con las características deseadas sea difícil y computacionalmente muy costoso.

En este TFM pretendemos explorar el uso de técnicas de Deep Learning en este ámbito, contando para ello con algoritmos de generación de armónicos ya implementados y hardware específico para acelerar los cálculos (Intel Xeon Gold, NVidia Ampere A30). El objetivo será la generación de datos de entrenamiento y la implementación, utilizando alguno de los frameworks disponibles, de una red neuronal que utilice esos datos y sea capaz de generar posteriormente predicciones relativas a estos procesos que no tengan una solución directa y robusta de forma algorítmica.

[1] Senior, A.W., Evans, R., Jumper, J. et al. «Improved protein structure prediction using potentials from deep learning». Nature 577, 706–710 (2020).
[2] Dan Guest, Kyle Cranmer, Daniel Whiteson. «Deep Learning and Its Application to LHC Physics». Annual Review of Nuclear and Particle Science 2018 68:1, 161-181
[3] Tom Zahavy, Alex Dikopoltsev, Daniel Moss, et al. «Deep learning reconstruction of ultrashort pulses», Optica 5, 666-673 (2018)
[4] https://www.tensorflow.org/ (Google)
[5] https://pytorch.org/ (Facebook)
[6] https://mxnet.apache.org/ (Apache)
[7] https://chainer.org/ (Preferred Networks, IBM, Intel, Microsoft, Nvidia)
[8] M. Lewenstein, Ph. Balcou, M. Yu. Ivanov, et al. «Theory of high-harmonic generation by low-frequency laser fields», Phys. Rev. A 49, 2117 (1994)

Tutor/a: Luca Volpe y Jose Antonio Pérez Hernández

Estudiante:

Descripción:

El objetivo de este trabajo es introducir a los estudiantes en la física de láser-plasma y
sus aplicaciones. En particular, se estudiará el mecanismo de aceleración de un haz de
partículas generado mediante la interacción de un láser ultraintenso con la materia
(blancos sólidos finos) y los procesos físicos, tanto directos como indirectos, que tienen
lugar.
El sistema láser VEGA, ubicado en el Centro de Láseres Pulsados (CLPU), genera
pulsos de hasta 30 J comprimidos en 30 fs, a una tasa de repetición de 1 Hz. Bajo estas
condiciones, al focalizarlo adecuadamente, se pueden alcanzar intensidades pico del
orden de 10²⁰–10²¹ W/cm², que producen campos eléctricos de megavoltios por metro,
capaces de acelerar partículas hasta varios centenares de MeV en el caso de electrones
(vía Laser Wakefield Acceleration, LWFA) y hasta decenas de MeV en el caso de
protones e iones (vía Target Normal Sheath Acceleration, TNSA). Estos mecanismos de
aceleración pueden estudiarse en el contexto de la interacción láser-plasma debido a su
carácter altamente no lineal.

Plan de trabajo
El plan de trabajo se divide en tres partes:
1. Primera parte: el/la estudiante deberá profundizar y adquirir conceptos
generales sobre la física de láser-plasma para poder realizar un análisis crítico y
comparativo de los resultados experimentales. Para ello, se le proporcionará la
bibliografía necesaria.
2. Segunda parte: el/la estudiante será integrado/a en una campaña de
experimentos y/o de análisis de datos experimentales que se desarrollará en el
CLPU, posiblemente entre octubre de 2025 y mayo de 2026 (se procurará ser
flexible y compatibilizar la asistencia al CLPU con el horario del máster). El/la
estudiante se incorporará al equipo científico-técnico del CLPU para conocer la
naturaleza del experimento y/o de los datos a analizar, así como las
correspondientes técnicas de diagnóstico y susu interpretación física. Participará
in situ en el montaje, calibración y puesta en marcha de un diagnóstico
específico del experimento, y en la toma de datos o bien se le proporcionarán los
datos a analizar e interpretar. Estará supervisado/a en todo momento por los
tutores y por alguna otra persona involucrada en la investigación.
3. Tercera parte: completamente dedicada a la redacción de la memoria del
trabajo , donde el/la estudiante deberá incluir y contextualizar los aspectos
generales del campo de investigación, junto con una descripción detallada del
caso específico tratado, su interpretación física y las correspondientes
conclusiones.

Se recomienda haber cursado las asignaturas de Interacción Láser-Plasma y Física de
Campos Intensos del máster, y tener conocimientos básicos de Electromagnetismo y
Física Atómica. También es aconsejable poseer conocimientos de algún lenguaje de
programación (Python, MATLAB, Fortran, Mathematica, etc.).
Gran parte de la bibliografía necesaria está escrita en inglés, por lo que es necesario
contar con un buen nivel del idioma, al menos a nivel de lectura.
Los interesados pueden contactar con los tutores para planificar adecuadamente el
desarrollo de este trabajo a lo largo del curso.
Bibliografía
M. Passoni and M. Lontano, Theory of Light-Ion Acceleration Driven by a Strong
Charge Separation, Phys. Rev. Lett. 101, 115001 (2008).
A. Macchi, M. Borghesi, M. Passoni, Ion acceleration by superintense laser-plasma
interaction, Rev. Mod. Phys. 85, 751 (2013).
L. Volpe, R. Fedosejevs, G. Gatti, J. A. Pérez-Hernández, C. Méndez, J. Apiñaniz, X.
Vaisseau, C. Salgado, M. Huault, S. Malko, et al., Generation of high energy laser
driven electron and proton sources with the 200 TW system VEGA 2 at the Centro de
Laseres Pulsados, High Power Laser Science and Engineering 7, e25 (2019).

Tutor/a: David Marco, Carlos Hernández

Estudiante:

Descripción:

El vector campo eléctrico de la luz polarizada traza una elipse periódica en el tiempo; su orientación y forma definen el llamado estado de polarización. Tradicionalmente, se han estudiado haces donde dicha elipse es la misma en todos los puntos del espacio (como ocurre, por ejemplo, al hacer pasar luz por un polarizador lineal estándar). Sin embargo, en las últimas décadas se han conseguido generar haces cuya polarización varía punto a punto, conocidos como haces vectoriales [1]. Gracias al desarrollo de técnicas experimentales modernas, hoy es posible modificar a voluntad el estado de polarización en cada punto del plano transversal de un haz láser. Esta capacidad ha abierto nuevas posibilidades en campos como la microscopía, las pinzas ópticas y las comunicaciones, donde los haces con polarización estructurada permiten mejorar la focalización, manipular partículas con mayor precisión o codificar información adicional, respectivamente [1].

Un tipo de haz vectorial aún poco explorado son los skyrmiones ópticos [2], haces que, en cada plano transversal, contienen todas las elipses de polarización posibles de un haz paraxial. Es decir, el campo eléctrico oscila de forma distinta en cada punto, pero si se analiza el conjunto de polarizaciones en un plano transversal, se encuentran representados todos los estados posibles. La presencia de todos los estados de polarización en un plano constituye una propiedad topológica que estos haces conservan durante la propagación y bajo ciertas interacciones. Un ejemplo familiar de propiedad topológica es el agujero de un flotador: este mantiene su único agujero aunque se deforme, siempre que no se perfore. De forma análoga, un haz que mantenga todos los estados de polarización (es decir, que siga siendo un skyrmion) durante la propagación o ante ciertas perturbaciones conserva esta propiedad topológica, aunque dichos estados cambien de posición dentro del plano.

La resistencia de las características topológicas de los skyrmiones de luz frente a perturbaciones ha motivado trabajos recientes que apuntan a su posible utilidad en comunicaciones ópticas robustas y protocolos cuánticos [3]. Además, bajo fuerte enfoque, su estructura de polarización puede adoptar la forma de bandas de Möbius [4], lo que sugiere la posibilidad de alterar propiedades topológicas de la materia mediante luz. De hecho, ya se ha demostrado la transferencia de estructuras complejas de la luz a la materia usando estos haces [5]. Recientemente se han propuesto skyrmiones con polarización que varía a escala nanométrica de forma extremadamente rápida, diseñados para interactuar con estructuras quirales cuya respuesta depende fuertemente del estado local de polarización, permitiendo así detectar desplazamientos nanométricos [6].

En nuestro grupo de investigación estamos interesados en estudiar estos haces y su posible implementación en el régimen pulsado, un terreno aún inexplorado con potencial para abrir nuevas posibilidades en interacciones ultrarrápidas entre luz y materia. Este Trabajo de Fin de Máster propone un estudio teórico sobre skyrmiones ópticos, sus propiedades y su evolución durante la propagación. En primer lugar, se realizará una revisión bibliográfica para entender los tipos más importantes de haces vectoriales y sus propiedades. Más tarde, se abordará de forma analítica la construcción teórica de skyrmiones usando modos de Laguerre-Gauss y sus características de propagación, analizando la conservación de sus propiedades topológicas. Se utilizarán herramientas computacionales para representar la evolución de la polarización, amplitud y fase de los haces, pudiéndose emplear cualquier lenguaje de programación (C, Fortran, Mathematica, Python o MATLAB). El trabajo abre la posibilidad de continuar con simulaciones numéricas orientadas a modelar la generación de estos haces mediante elementos ópticos y su propagación.

Tutores: David Marco y Carlos Hernández García

Referencias

[1] C. Rosales-Guzmán, B. Ndagano, and A. Forbes, «A review of complex vector light fields and their applications,» J. Opt. 20, 123001 (2018).
[2] Y. Shen, H. Wang, and S. Fan, «Free-space topological optical textures: tutorial,» Adv. Opt. Photon. 17, 295–374 (2025).
[3] P. Ornelas, I. Nape, R. de Mello Koch, and A. Forbes, «Non-local skyrmions as topologically resilient quantum entangled states of light,» Nat. Photonics 18, 258–266 (2024).
[4] T. Bauer et al., «Observation of optical polarization Möbius strips,» Science 347, 964–966 (2015).
[5] A. Hansen, J. T. Schultz, and N. P. Bigelow, «Singular atom optics with spinor Bose–Einstein condensates,» Optica 3, 355–361 (2016).
[6] J. Zhou et al., «Controllable split polarization singularities for ultra-precise displacement sensing,» Photon. Res. 12, 1478–1484 (2024).

Tutor/a: Enrique Conejero y Julio San Román

Estudiante: Diego Sánchez

Descripción:

Tutor/a: Aurora Crego García y Julio San Román

Estudiante:

Descripción:

Tutor/a: Esther Rebollar González (IQF-CSIC) y Pablo Moreno Pedraz (USAL)

Estudiante:

Descripción: El control de la mojabilidad y de la energía superficial es importante en el desarrollo de
nuevos materiales con aplicaciones específicas tales como materiales que no se
ensucien, que sean autolimpiables, que eviten la formación de hielos en su superficie, o
que presenten una buena adehsión a recubrimientos, por citar algunos ejemplos.
En este trabajo se propone la modificación superficial de materiales poliméricos
mediante irradiación láser utilizando para ello un láser de Titanio:zafiro con pulsos de
duración de femtosegundos. En partícular, se partirá de un polímero hidrofílico y de
otro hidrofóbico y se comparará el efecto de la irradiación láser en aire o en líquido.
Las irradiaciones se llevarán a cabo en la USAL, y las superficies modificadas se
caracterizarán en el IQF-CSIC. La topografía se analizará mediante microscopía de
fuerzas atómicas (AFM) o microscopía de barrido electrónico (SEM) dependiendo de su
rugosidad, y se estudiará la mojabilidad de las superficies mediante medidas de ángulo
de contacto con distintos líquidos para obtener información acerca de los cambios en la
hidrofilicidad/hidrofobicidad y en la energía superficial de los materiales.

– Joy, N., Kietzig, AM. (2023). Role of Surface Chemistry on Wettability of Laser Micro-/Nanostructured Metallic Surfaces. In: Stoian, R., Bonse, J. (eds) Ultrafast Laser Nanostructuring. Springer Series in Optical Sciences, vol 239. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-031-14752-4_24
– Chen, Z.; Zhou, J.; Cen, W.; Yan, Y.; Guo, W. Femtosecond Laser Fabrication of Wettability-Functional Surfaces: A Review of Materials, Structures, Processing, and Applications. Nanomaterials 2025, 15, 573. https://doi.org/10.3390/nano15080573.

Tutor/a: Enrique Conejero Jarque, Julio San Román

Estudiante:

Descripción:

En los últimos años se ha producido un enorme desarrollo de los láseres pulsados de sistemas basados en Iterbio. Estos sistemas emiten pulsos de muy alta potencia pico gracias a su elevada tasa de repetición y a pesar de su relativa larga duración temporal (centenares de femtosgundos). La post-compresión de estos pulsos a duraciones más cortas es, por lo tanto, un ámbito de enorme interés para hacer que este tipo de sistemas láser se puedan usar en las mismas aplicaciones en las que ahora se utilizan los láseres ultracortos más convencionales basados en Titanio-Zafiro. En este trabajo se buscarán, en primer lugar, materiales que presenten dispersión anómala en los 1030 nm, longitud de onda central de los sistemas basados en Iterbio, como por ejemplo el KDP [1]. En segundo lugar, se estudiará la posibilidad de auto-comprimir pulsos en guías de ondas inscritas en medios con dispersión anómala mediante la simulación numérica [2]. Se requiere cierta destreza para la simulación numérica.

[1] Dashcasan, M., Ghorbanzadeh, A. Real-time fine-tuning ultrafast supercontinuum generation and pulse compression in hybrid nonlinear multipass cavity. Commun Phys 8, 401 (2025)
[2] G. P. Agrawal, “Nonlinear Fiber Optics,” 3rd Edition, Academic Press, San Diego, 2001 (o cualquier otra edición de este mismo libro)

Tutor/a: Antonio Picón (UAM), Luis Plaja (USAL)

antonio.picon@uam.es
lplaja@usal.es

Estudiante:

Descripción:

In this TFM we combine two fields that have been the recipient of Nobel Prize laurates; attosecond science and two-dimensional (2D) materials. On one hand, two-dimensional materials have unique conductivity and optical properties, such as graphene or bilayer graphene. On the other hand, pulses with durations that are in the same time scale of electron dynamics manipulate matter in an unprecedented way. In our group we work in the development of novel methods to address this goal [1]. Using these methods we also explore novel attosecond applications such as harnessing ultrafast electronics in 2D materials at the ultimate time scale [2]. The TFM will consist in learning these methods and perform calculations in state-of-the-art 2D quantum materials with strong laser pulses to investigate the possibility to create DC current with vortex structure [3,4].

References:
1)    Giovanni Cistaro, Mikhail Malakhov, Juan José Esteve, Alejandro José Uría- Álvarez, Rui E. F. Silva, Fernando Martín, Juan José Palacios, and Antonio Picón, “A theoretical approach for electron dynamics and ultrafast spectroscopy (EDUS)”, Journal of Chemistry Theory and Computation 19, 333 (2022)
2) Takuya Higuchi, Christian Heide, Konrad Ullmann, Heiko B Weber, Peter Hommelhoff, "Light-field-driven currents in graphene”, Nature 550, 224 (2017)
3) M. O. Sauer, A. Taghizadeh, U. Petralanda, M. Ovesen, K. S. Thygesen, T. Olsen, H. Cornean, and T. Garm Pedersen, “Shift current photovoltaic efficiency of 2D materials”, npj Comput. Mat. 9, 35 (2023)
4) Chen Hu, Mit H Naik, Yang-Hao Chan, Jiawei Ruan, Steven G Louie, "Light- induced shift current vortex crystals in moiré heterobilayers”, PNAS 120, e2314775120 (2023)

Tutor/a: Benjamín Alonso, Alejandro de la Calle (HP SCDS)

Estudiante:

Descripción:

Los pulsos láser ultracortos, debido a su duración, necesitan de técnicas especialmente desarrolladas para su caracterización [1]. Algunas de las más habituales actualmente son FROG [2] o d-scan [3]. Comúnmente, las señales detectadas no son directamente invertibles, y por ello se diseñan algoritmos específicos, como por ejemplo algoritmos basados en proyecciones [2], optimización no lineal [3] o métodos genéticos [4]. Más recientemente, el empleo de técnicas de aprendizaje automático (machine learning) en el marco de la inteligencia artificial y del big data se ha comenzado a explotar en un diverso y amplio número de campos científicos. En Óptica, en el ámbito de la caracterización de pulsos ultracortos, se ha empleado en las técnicas FROG [5] o d-scan [6], pero también ha permitido abordar otras técnicas recientes en las que la inversión del problema matemático es aún más compleja [7,8].

El presente trabajo aborda la técnica amplitude swing [9], que destaca por su sencillez experimental y por su capacidad para adaptarse a distintos escenarios: pulsos escalares y vectoriales, pulsos con distinto ancho de banda o chirp, o en distintos rangos espectrales [10–12]. Habitualmente se utilizan algoritmos de optimización no lineal [9] o algoritmos genéticos para su reconstrucción [11]. En el presente trabajo, se utilizarán redes neuronales profundas [13] para estudiar la reconstrucción de los pulsos a partir de la traza de amplitude swing. Se partirá de estudios previos en los que se ha analizado la capacidad del método para reconstruir casos sintéticos sencillos por medio de simulaciones. El alumno deberá generar trazas conocidas para alimentar el aprendizaje del algoritmo de reconstrucción y abordar después la solución de casos generales o arbitrarios. Estudiará distintas formas de parametrizar la fase espectral del pulso y otras estrategias que se encuentran en la literatura [5,6], así como optimizará las redes para conseguir entrenamientos y reconstrucciones eficaces. Podrá comparar sus resultados con los obtenidos con otros algoritmos ya existentes y se le podrán proporcionar datos experimentales para que aborde situaciones reales de laboratorio.

El trabajo será realizado en colaboración entre el Área de Óptica de la USAL y el Observatorio Tecnológico HP [14], cotutelado por el Senior Machine Learning Engineer de la división de inteligencia artificial de la empresa HP SCDS. La carga de trabajo consistirá en simulación física y cálculo computacional, por lo que se recomienda interés en este punto. En concreto es preferible un conocimiento básico previo del lenguaje de programación Python.

Referencias

1. I. A. Walmsley and C. Dorrer, «Characterization of ultrashort electromagnetic pulses,» Adv Opt Photonics 1, 308–437 (2009).
2. R. Trebino and D. J. Kane, «Using phase retrieval to measure the intensity and phase of ultrashort pulses: frequency-resolved optical gating,» J. Opt. Soc. Am. A 10, 1101–1111 (1993).
3. M. Miranda, C. L. Arnold, T. Fordell, F. Silva, B. Alonso, R. Weigand, A. L’Huillier, and H. Crespo, «Characterization of broadband few-cycle laser pulses with the d-scan technique,» Opt Express 20, 18732–18743 (2012).
4. D. Gerth, E. Escoto, G. Steinmeyer, and B. Hofmann, «Regularized differential evolution for a blind phase retrieval problem in ultrashort laser pulse characterization,» Review of Scientific Instruments 90, 43116 (2019).
5. T. Zahavy, A. Dikopoltsev, D. Moss, G. I. Haham, O. Cohen, S. Mannor, and M. Segev, «Deep learning reconstruction of ultrashort pulses,» Optica 5, 666–673 (2018).
6. S. Kleinert, A. Tajalli, T. Nagy, and U. Morgner, «Rapid phase retrieval of ultrashort pulses from dispersion scan traces using deep neural networks,» Opt Lett 44, 979–982 (2019).
7. W. Xiong, B. Redding, S. Gertler, Y. Bromberg, H. D. Tagare, and H. Cao, «Deep learning of ultrafast pulses with a multimode fiber,» APL Photonics 5, 096106 (2020).
8. R. Ziv, A. Dikopoltsev, T. Zahavy, I. Rubinstein, P. Sidorenko, O. Cohen, and M. Segev, «Deep learning reconstruction of ultrashort pulses from 2D spatial intensity patterns recorded by an all-in-line system in a single-shot,» Opt Express 28, 7528–7538 (2020).
9. B. Alonso, W. Holgado, and Í. J. Sola, «Compact in-line temporal measurement of laser pulses with amplitude swing,» Opt Express 28, 15625–15640 (2020).
10. Í. J. Sola and B. Alonso, «Robustness and capabilities of ultrashort laser pulses characterization with amplitude swing,» Sci Rep 10, 18364 (2020).
11. M. López-Ripa, Í. J. Sola, and B. Alonso, «Amplitude swing ultrashort pulse characterization across visible to near-infrared,» Opt Laser Technol 164, 109492 (2023).
12. C. Barbero, B. Alonso, and Í. J. Sola, «Retrieving Ultrashort Pulses with Time-Varying Polarization Using Amplitude Swing,» (2023).
13. J. Heaton, «Ian Goodfellow, Yoshua Bengio, and Aaron Courville: Deep learning: The MIT Press, 2016, 800 pp, ISBN: 0262035618,» Genet Program Evolvable Mach 19, 305–307 (2018).
14. «Observatorio Tecnológico HP,» https://hpscds.com/observatorio-hp/.

Tutores: Carlos Hernández Garcia, Luis Plaja

Estudiante:

Descripción: La dinámica cuántica de un electrón sometido a campos láser intensos —y en particular la generación de armónicos de orden alto (HHG)— ha alterado la manera en que entendemos y manipulamos la materia en escalas de attosegundos. El tratamiento estándar se apoya en la ecuación de Schrödinger dependiente del tiempo (TDSE) o en aproximaciones semiclasicas. La formulación de Bohm (1952) reescribe la TDSE en términos de trayectorias sometidas a un potencial cuántico. Es exactamente equivalente a la teoría estándar en sus predicciones, pero abre un punto de vista complementario donde la información de fase y su transporte se hacen explícitos.

Este TFM propone estudiar un modelo unidimensional del átomo de hidrógeno acoplado a radiación intensa, resolver numéricamente la TDSE 1D, extraer el potencial cuántico y propagar las trayectorias de Bohm. El programa de trabajo se articula así: (i) implementación y validación numérica de la TDSE 1D en gauge de longitud para potenciales suavizados; (ii) cálculo de HHG a través de la aceleración del dipolo; (iii) obtención de la familia de trayectorias asociada; (iv) análisis de si la geometría estadística de las trayectorias ofrece información relevante para el HHG, y en qué medida ofrece un prisma adicional sobre indeterminaciones y mecanismos dominantes.

Con ello se busca no competir con el formalismo estándar sino extenderlo: preguntar qué añade la mirada bohmiana.

Referencias

Bohm, D. (1952) Phys. Rev. 85, 166–193 (Partes I–II).
Benseny, A. et al. (2014) Eur. Phys. J. D 68, 286.
Oriols, X. & Mompart, J. (eds.) (2019) Applied Bohmian Mechanics, Jenny Stanford.
Wu, J. et al. (2013) Phys. Rev. A 88, 023415 / 063416.
Song, Q. et al. (2012) Phys. Rev. A 86, 033424.
Majorosi, S. et al. (2018) Phys. Rev. A 98, 023401.
Sallai, J. et al. (2024) Phys. Rev. A 110, 063117.
Granados, A. & Plaja, L. (2012) Phys. Rev. A 85, 053403.
Sanz, A. S. & Miret-Artés, S. (2012) Trajectory Description of Quantum Processes (Springer).

Tutores: Luis Plaja (USAL) y Antonio Picón (ICMM-CSIC)

Estudiante:

Descripción: In this TFM we combine two fields that have been the recipient of Nobel
Prize laurates; attosecond science and two-dimensional (2D) materials. On one hand,
2D materials, such as graphene and bilayer graphene, exhibit exceptional electrical
conductivity and optical properties, making them prime candidates for next-
generation electronic and photonic applications. On the other hand, attosecond laser
pulses, with durations comparable to the timescale of electron dynamics, enable
unprecedented control over matter, opening new avenues in ultrafast electronics and
spintronics [1,2].
In our group we work in the development of real-time computational approaches that
allow us to investigate laser-induced dynamics in 2D materials at these ultrafast
timescales [3-5]. The objective of this TFM is to learn these methods and apply them to
state-of-the-art quantum 2D materials subjected to intense laser fields. Specifically,
the project will explore the possibility of generating DC currents with vortex-like
structures [6].
Publications:
[1] Takuya Higuchi et al., “Light-field-driven currents in graphene”, Nature 550, 224
(2017)
[2] Marcus Ossiander et al., “The speed limit of optoelectronics”, Nature Commun. 13,
1620 (2022)
[3] Óscar Zurrón-Cifuentes et al., “Theory of high-order harmonic generation for
gapless graphene”, New J. Phys. 20, 053033 (2018).
[4] Giovanni Cistaro et al., “A theoretical approach for electron dynamics and ultrafast
spectroscopy (EDUS)”, Journal of Chemistry Theory and Computation 19, 333 (2022)
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