Los trabajos de investigación realizados en el programa de Maestría por los profesores investigadores junto con los estudiantes han contribuido al conocimiento de forma bastante sustancial y de diferentes formas. Estas contribuciones han impactado de forma directa en áreas de conocimiento tales como nanociencias, electromagnetismo, fenómenos cuánticos y sistemas dinámicos por mencionar algunos. Así también podemos mencionar de una forma cuantitativa la contribución al conocimiento que el programa de Maestría ha realizado en relación a publicaciones de libros, artículos publicados.

Desarrollos tecnológicos, patentes, derechos de autor, desarrollo de software, modelos de utilidad

Presentación

En los últimos años, la generación de conocimiento en disciplinas como la óptica, la fotónica y la mecánica cuántica ha hecho posible el desarrollo de aplicaciones que van desde las comunicaciones, dispositivos de medición, mecanismos de almacenamiento y manejo de información, aplicaciones médicas, dispositivos de seguridad y sistemas inteligentes, hasta dispositivos de diversión y esparcimiento, así como aplicaciones cosméticas. Desde principios de siglo, alrededor del mundo se ha reconocido que las tecnologías basadas en la ciencia e ingeniería de la luz y de su interacción con la materia, han sido fundamentales en el desarrollo de los sectores industrial, de salud y de las comunicaciones. Al mismo tiempo, las perspectivas de aplicación que estas disciplinas ofrecen en el desarrollo de fuentes de energía alternativas, de redes inteligentes de energía y comunicación, de dispositivos de medición y cálculo ultra precisos, de procesos de manufactura de alta tecnología, de mecanismos de detección temprana de enfermedades y de nuevas capacidades ópticas para el crecimiento de la internet, entre otras, demandan el desarrollo de estas áreas del conocimiento como una actividad indispensable en el quehacer científico del país. Respondiendo a esta demanda, los miembros del Cuerpo Académico del PDTA asociados a la LGAC Fenómenos Electromagnéticos y Cuánticos y Sistemas Telemáticos, establecen líneas de investigación en el modelado y descripción de los fenómenos de propagación de la luz y de su interacción con medios materiales; en el modelado, descripción y manipulación de sistemas cuánticos y de su interacción con sistemas electromagnéticos; en la verificación experimental de dichos modelos, y en su potencial aplicación en el diseño y construcción de dispositivos de medición para aplicaciones en áreas como la óptica y la fotónica; en la adquisición, manipulación y transmisión de señales generadas por sistemas físicos o procesos informáticos con aplicaciones en las áreas de telecomunicaciones, biomedicina, robótica, mecatrónica, cómputo móvil e informática, entre otras.

Objetivo

En la LGAC de Fenómenos Electromagnéticos y Cuánticos y Sistemas Telemáticos tenemos el objetivo de desarrollar investigación científica a nivel teórico y experimental en las áreas de la electrodinámica, la óptica, la fotónica y la física cuántica en los medios complejos, así como el de analizar su potencial aplicación tecnológica. Nuestro objetivo contempla también formar recursos humanos especializados en las áreas de la óptica, la fotónica y la información cuántica que coadyuven al desarrollo científico y tecnológico de México por medio de la participación en grupos multidisciplinarios que tengan como orientación no sólo el desarrollo tecnológico, sino también la investigación científica.

Objetivos específicos

En la formación de recursos humanos y en la creación y fomento del crecimiento de grupos de investigación, la línea de Fenómenos Electromagnéticos y Cuánticos y Sistemas Telemáticos se plantean los siguientes objetivos específicos:

• Consolidar especialistas con la capacidad de proponer nuevas estrategias para resolver problemas relevantes de los fenómenos electromagnéticos y cuánticos en los ámbitos nacional e internacional.
• Desarrollar las capacidades de los egresados del PDTA en la LGAC Fenómenos Electromagnéticos y Cuánticos y Sistemas Telemáticos para comunicar sus ideas a través de su participación en foros científicos y tecnológicos tales como coloquios, seminarios, congresos y simposios, entre otros.
• Fomentar el desarrollo académico del personal docente en la LGAC a través de la investigación.
• Fomentar el desarrollo de la investigación científica y tecnológica de vanguardia d desarrollada por los miembros de la LGAC.
• Generar nuevas áreas de investigación a partir de la convergencia de las disciplinas de la óptica, la fotónica y la información cuántica
• Formar recursos humanos altamente capacitados mediante la investigación científica y la aplicación tecnológica de conocimientos y herramientas en las áreas de los fenómenos electromagnéticos y cuánticos y sistemas telemáticos
• Generar conocimiento científico de frontera en las áreas de los fenómenos electromagnéticos y cuánticos y sistemas telemáticos.

En el desarrollo de investigación y generación de nuevo conocimiento, la línea de Fenómenos Electromagnéticos y Cuánticos y Sistemas Telemáticos se plantea los siguientes objetivos específicos:

• Investigar y formular métodos y modelos matemáticos para la descripción de fenómenos electromagnéticos y cuánticos y procesos de interacción de la radiación con la materia.
• Analizar y describir una amplia variedad de procesos de propagación de ondas electromagnéticas en medios complejos.
• Generar y aplicar nuevos métodos algebraicos, geométricos, analíticos y numéricos para la solución de problemas electromagnéticos.
• Investigar las propiedades ópticas y electromagnéticas de materiales avanzados como metamateriales y estructuras amplificantes y explorar sus aplicaciones en la descripción de fenómenos de invisibilidad unidireccional, absorción coherente de radiación y diseño de amplificadores.
• Establecer analogías electromagnéticas-mecánico-cuánticas para el estudio de fenómenos cuánticos a partir de experimentos electromagnéticos y para el diseño de dispositivos ópticos de características específicas.
• Producir fuentes de luz con momento angular bien definido y explorar sus posibles aplicaciones en la codificación y transmisión de información.
• Producir pares de fotones entrelazados y estudiar procesos de control de luz no clásica
• Sustentar los sistemas de telecomunicaciones con la teoría necesaria que permita predecir los fenómenos electromagnéticos involucrados en el proceso de propagación de los datos y la información
• Proporcionar técnicas matemáticas que permitan modelar las redes de telecomunicaciones modernas
• Desarrollar métodos numéricos modernos para el estudio de propagación de señales electromagnéticas y cuánticas en medios complejos
• Caracterizar los medios complejos dispersivos por medio de las técnicas del análisis matemático, análisis espectral y análisis asintótico
• Analizar, diseñar, e implementar sistemas y servicios de telecomunicaciones gestionados por sistemas informáticos
• Generar nuevas técnicas matemáticas que permitan describir y modelar fenómenos asociados los sistemas telemáticos.
• Generar herramientas para la gestión automática de las telecomunicaciones
• Desarrollar modelos matemáticos para estudiar y analizar los procesos informáticos que ocurren en una red de telecomunicaciones
• Desarrollar diferentes herramientas de simulación para estudiar los componentes de un sistema de telecomunicaciones, y corroborar los resultados obtenidos a partir de las simulaciones matemáticas/numéricas desarrolladas.

Líneas de trabajo y/o generación de conocimiento

Propagación electromagnética y control cuántico: fundamentos y aplicaciones

• Analogías entre la mecánica cuántica y la óptica electromagnética.
• Desarrollo de métodos algebraicos en la solución del problema de Helmholtz y Schrödinger.
• Aplicación de métodos geométricos y algebraicos en el diseño espectral en sistemas cuánticos y ópticos.
• Aplicación de métodos geométricos y algebraicos en el control de estados cuánticos.
• Descripción de técnicas de control de estados ópticos de luz no clásica.
• Aplicación de la transformación de Darboux paramétrica para el diseño de potenciales cuánticos dependientes del tiempo y materiales ópticos graduados.

Métodos numéricos y analíticos para la solución de problemas de propagación electromagnética

• Descripción de la propagación electromagnética en guías de onda fotónicas y basadas en metamateriales.
• Aplicación de métodos vectoriales como el de expansión de ondas planas, funciones localizadas, propagación de haz y elemento finito en la caracterización de guías de onda fotónicas.
• Aplicación de métodos numéricos como el de series de potencias del parámetro espectral para la solución de diversos problemas de propagación electromagnética en presencia o ausencia de fuentes.
• Estudio de la propagación electromagnética en metamateriales dispersivos usando operadores bicuaternniónicos
• Aplicación de la descripción biortogonal en el estudio de la propagación electromagnética en medios con pérdida y ganancia.

Ingeniería telemática y comunicaciones

• Desarrollo de nuevos sistemas operativos y lenguajes de programación eficientes para realizar cómputo embebido y aplicaciones computacionales de propósito específico para ser usadas en las redes de telecomunicaciones modernas.
• Aplicaciones de dispositivos portátiles tales como teléfonos celulares, tabletas, relojes inteligentes y sensores en la ropa (wearables) en los ámbitos del cómputo distribuido, la geo-informática, la seguridad de los datos, el manejo de Big Data y la ciencia de datos.
• Análisis de teletráfico por medio de Cadenas de Markov para modelar matemáticamente un sistema de comunicaciones inalámbrico, como por ejemplo una red celular LTE o 5G, una red de sensores, una red vehicular, una red de cuerpo o una red P2P.
• Adquisición, manipulación, transmisión y procesamiento inteligente de señales generadas por sistemas físicos para el diseño de arquitecturas innovadoras de sistemas telemáticos que permitan la conexión avanzada de dispositivos y sensores distribuidos en espacios físicos como autos, edificios y áreas urbanas, en sistemas de cómputo y en servicios digitales.

Cómputo móvil

• Estudio, modelado y análisis matemático de redes inalámbricas 5G y posteriores ya que son de vital importancia para lograr la comunicación inalámbrica que conecte una gran cantidad de dispositivos móviles de forma adecuada
• Aplicación de técnicas como Massive MIMO, redes vehiculares (VANETs), redes de cuerpo (BANETs) y redes P2P (Peer-to-Peer) en la transmisión de grandes cantidades de datos en diferentes escenarios de movilidad y múltiples tipos de servicio como voz, video, y texto.

Campos del conocimiento

• Electrodinámica clásica y cuántica
• Analogías electromagnéticas-mecánico-cuánticas
• Métodos de la física matemática
• Ingeniería electromagnética
• Ingeniería fotónica
• Ingeniería en microondas
• Óptica
• Óptica cuántica
• Diseño espectral
• Información cuántica
• Fibras ópticas y guías de ondas
• Materiales electromagnéticos avanzados
• Métodos asintóticos y espectrales en propagación de ondas
• Propagación de ondas en medios complejos
• Sistemas de comunicación en fibra óptica
• Diseño de antenas inteligentes
• Sistemas de captación energética (cosecha de energía electromagnética)
• Problemas espectrales para ecuaciones diferenciales elípticas
• Diseño de sistemas de microondas y electrónica
• Modelado de sistemas electromagnéticos y simulación computacional
• Geographic Information retrieval
• Spatial Semantic Web
• Web mapping
• Geoprocesamiento
• Cómputo ubicuo
• Desarrollo de aplicaciones en Web y con móvil
• Redes P2P
• Smart cities
• Cloud/Fog/EDGE computing
• Sistemas distribuidos
• Sistemas semánticos
• Sistemas de recuperación de información
• Sistemas celulares 5G
• Redes Inalámbricas

Infraestructura asociada a la línea

• Laboratorio de Fenómenos Cuánticos
• Laboratorios de Antenas Inteligentes y Redes de Sensores
• Laboratorio de Cómputo móvil
• Laboratorio de Óptica Avanzada Facultad de Ciencias UNAM

Unidades de aprendizaje asociadasa la LGAC de Fenómenos Electromagnéticos y Cuánticos y Sistemas Telemáticos

Presentación

La ciencia e ingeniería de materiales con baja dimensionalidad toma como base el desarrollo de nuevos materiales para trabajar en (a) la síntesis y el procesamiento de los materiales de baja dimensionalidad, (b) la comprensión de las propiedades fisicoquímicas relacionadas con la escala submicrónica, (c) el diseño y la fabricación de nano-dispositivos o dispositivos con los nano y micromateriales como bloques de construcción, (d) el diseño y la construcción de nuevas herramientas para la síntesis y caracterización de nanoestructuras y nanomateriales, y (e) el estudio de estructuras e interfases en nanomateriales sintetizados. Al controlar el tamaño, la morfología, la microestructura cristalina y la composición química de los materiales de baja dimensionalidad, es posible obtener materiales con aplicaciones tecnológicas potenciales.

En la línea se aborda principalmente la preparación de nanoestructuras, así como el estudio de las propiedades ópticas, térmicas, eléctricas y texturales para el desarrollo de: biomarcadores, nanofluidos, nanoestructuras semiconductoras porosas y materiales multifuncionales para aplicaciones en energías limpias renovables y sustentables, optoelectrónicas, catalíticas, ambientales, biomédicas y fotovoltaicas. Preparación y ensamble de materiales semiconductores de los grupos III-V y II-VI mediante rutas alternativas, ejemplo de ello son los nuevos métodos epitaxiales, que permiten el control detallado de sus propiedades físicas y químicas. Micro y nanoencapsulamiento de aditivos y compuestos de interés biológico con propiedades de liberación controlada. Por lo tanto, nuestras direcciones principales de investigación están relacionadas con líneas de trabajo y/o generación del conocimiento que son congruentes con los objetivos del programa.

Objetivo

El objetivo de esta línea de investigación es la formación de capital humano de alto nivel académico y científico en el campo de materiales de baja dimensionalidad con diversas aplicaciones, capaces de realizar trabajos de investigación que contribuyan al desarrollo de la ciencia y la tecnología, para coadyuvar a la identificación y solución de diversas problemáticas del país.

El alumno podrá diseñar, sintetizar, caracterizar y evaluar diversos materiales de baja dimensionalidad, así como comprender los fundamentos y las técnicas de procesamiento para obtener materiales con tamaños y morfologías controladas para aplicaciones diversas.

Objetivos específicos

• Sintetizar materiales con dimensionalidad reducida mediante rutas “verdes” y/o sustentables, así como por métodos convencionales
• Desarrollar materiales  híbridos  orgánicos-inorgánicos  con  diversas  aplicaciones potenciales.
• Caracterizar la estructura y propiedades de nanomateriales con métodos químicos, fisicoquímicos, eléctricos, ópticos y térmicos
• Modelar teóricamente las propiedades eléctricas, estructurales, ópticas y térmicas de los materiales voluminosos nanoestructurados para diversas aplicaciones.
• Implementar materiales de baja dimensionalidad para su aplicación como marcadores biológicos.
• Desarrollar de dispositivos optoelectrónicos sensibles a la región infrarroja media.

Líneas de trabajo y/o generación de conocimiento

Uno de los pilares del Programa de Doctorado en Tecnología Avanzada, ha sido la creación y fortalecimiento de las líneas de investigación en los campos de investigación donde el núcleo de profesores tiene sus mayores fortalezas y que sean una continuación de los proyectos y programas de estudio de la UPIITA. Caso especial es la línea de ciencia e ingeniería de materiales, dónde se aborda el diseño, la síntesis y la aplicación de materiales de baja dimensionalidad para la comprensión fundamental de las relaciones entre sus propiedades con las dimensiones de los materiales para su potencial aplicación en diversos sectores. Abordando las líneas de trabajo siguientes:

- Síntesis de nanocristales semiconductores de los grupos III-V y II-VI.

- Liposomas teranósticos con puntos cuánticos semiconductores y otras nanoparticulas, encapsulados para la obtención de fármacos teranósticos y sensores con aplicaciones biomedicas.

- Heteroestructuras semiconductoras de los grupos III-V para aplicaciones optoelectrónicas y fotovoltaicas

- Estudio de la estructura cristalina y de las interfaces en nanoestructuras sintetizadas

- Nanoquímica

- Materiales multifuncionales para aplicaciones en energías sustentables y en medio ambiente.

- Diseño, síntesis/fabricación y caracterización de nuevos materiales nanoestruturados de carácter metálico, semiconductor y compósitos.

Campos del conocimiento

• La síntesis y aplicación de materiales semiconductores del grupo III-V y II-VI con dimensionalidad reducida.
• Desarrollo los liposomas teranósticos y sensores con encapsulamiento de puntos cuánticos semiconductores y otras nanopartículas,
• Caracterización fototérmica de semiconductores, resinas acrílicas y fibras poliméricas nanoestructuradas.
• Caracterización óptica, estructural, morfológica y eléctrica de nanoestructuras.
• Modelado fenomenológico  de  estructuras  y  materiales  semiconductores  de dimensionalidad reducida.
• Diseño, síntesis, caracterización y evaluación de materiales multifuncionales para aplicaciones en energías renovables y medio ambiente.
• Desarrollo de  nuevos  métodos  epitaxiales  para  la  síntesis  de  materiales semiconductores.
• Estudio de la relación entre el mecanismo de crecimiento, las interfases y los estados superficiales de materiales semiconductores.

Líneas de trabajo y/o generación de conocimiento

• Síntesis e Investigación de las estructuras semiconductoras con pozos cuánticos, nano hilos y puntos cuánticos de los materiales semiconductores del grupo III-V y II-VI para aplicaciones optoelectrónicas y biológicas en física del estado sólido, nano ciencias y nanotecnologías.
• Síntesis y aplicación de semiconductores porosos del grupo II-VI
• Crecimiento epitaxial de pozos, hilos y puntos cuánticos de materiales semiconductores del grupo III-V para aplicaciones optoelectrónicas
• Preparación de liposomas teranósticos con fármacos y nanopartículas luminiscentes (puntos cuánticos semiconductores, etc.) para aplicaciones biomedicas.
• Estudio de propiedades ópticas y farmacológicas de liposomas teranósticos con fármacos y nanopartículas luminiscentes (puntos cuánticos semiconductores, etc.) para aplicaciones biomedicas
• Lente térmica y/o caracterización de nanofluidos, compositos, y semiconductores
• ZSCAN y/o caracterizacion optica de nanoluidos no lineales, dopados, puntos cuanticos y pigmentos organicos
• Fotopiroelectrico y/o caracterización de parámetros térmicos, difusividad térmica, efusividad y conductividad térmicas de líquidos y sólidos.
• Procesamiento de materiales con láseres y/o curado de impresión 3D y aplicaciones con láseres
• Investigación de efectos de dopaje y auto-compensación por diferentes impurezas en películas nanocristalinas de semiconductores y su impacto en características ópticas, estructurales, morfológicas y eléctricas en física del estado sólido, optoelectrónica y fotoelectrónica.
• Propiedades ópticas de semiconductores porosos de los grupos II-VI
• Propiedades ópticas de grafeno, GO, GOr funcionalizados y nanopartículas de carbono
• Caracterización óptica, estructural, morfológica y eléctrica de ZnO nanoestructurado.
• Nanopartículas con diferentes formas tamaños y composición química evaluando sus aplicaciones en el área de biomedicina, biotecnología, y textiles
• Estudio de las propiedades de materiales semiconductores del grupo III-V desarrollados por medio de la ingeniería de banda prohibida para aplicaciones optoelectrónicas.
• Modelos fenomenológicos de los procesos en estructuras semiconductoras con pozos cuánticos, nano hilos y puntos cuánticos de los materiales semiconductores de los grupos III-V y II-VI en física del estado sólido, optoelectrónica y nanociencias.
• Cálculo teórico de las propiedades ópticas de pozos cuánticos de materiales semiconductores del grupo III-V
• Generación de nanomateriales avanzados del grupo III-V con propiedades específicas y controladas para aplicaciones desde el infrarrojo medio hasta el ultravioleta
• Análisis de la relación entre el mecanismo de crecimiento, la calidad cristalina, las interfases y los estados superficiales de heteroestructuras del grupo III-V para generar novedosas aplicaciones.

Infraestructura asociada a la línea

• Laboratorio de Nanomateriales.
• Laboratorio de Tecnicás fototérmica
• Laboratorio de Nanofotónica.
• Laboratorio de Dispositivos Orgánicos.
• Laboratorio de Síntesis Química.
• Laboratorio de Nanotecnología
• Laboratorio de Caracterización de Materiales
• Planta piloto de tratamiento de agua y estacionamiento con paneles solares
• Centro de Nanociencias y Micro y Nanotecnologías del IPN (CNMN).
• Laboratorio de optoelectrónica (Escuela Superior de Física y Matemáticas, IPN).
• Laboratorio de deposición química en fase vapor por filamento caliente (Escuela Superior de Física y Matemáticas, IPN)

Unidades de aprendizaje asociadas a la LGAC de Ciencia e Ingeniería de Materiales con Dimensionalidad Reducida