{backbutton}

Presentación

El objetivo de esta línea de investigación consiste en describir fenómenos electromagnéticos y cuánticos en medios complejos, analizar sus propiedades y explorar sus posibles aplicaciones a partir del desarrollo de modelos teóricos basados en los métodos de la física-matemática, el análisis numérico y el modelado computacional, y que, eventualmente sean susceptibles de verificación experimental.  Se busca el desarrollo de ciencia básica principalmente en las áreas de la teoría electromagnética, la mecánica cuántica y la computación y, derivado de lo anterior, en las áreas de la acústica y la ingeniería de altas tensiones, entre otros campos de interés. En el ámbito de los fenómenos electromagnéticos se busca la generación de nuevos métodos para la descripción analítica y numérica de los procesos de propagación de ondas electromagnéticas en medios complejos, el análisis de fenómenos de dispersión de ondas electromagnéticas, el análisis asintótico de los modelos de propagación de ondas generadas por fuentes móviles, entre otros. En lo que concierne a los sistemas cuánticos se considera la descripción y/o modelado de estos sistemas desde el punto de vista fundamental, el estudio  de los estados resonantes y sus aplicaciones, el diseño espectral, el análisis y modelado de potenciales ópticos, los estados cuánticos y coherentes del campo de radiación, la interacción de la radiación con la materia y el control dinámico de estados cuánticos. Se tiene además interés, de forma conjunta, en los tópicos relacionados con el procesamiento de señales electromagnéticas clásicas y cuánticas: óptica ondulatoria, óptica de haces y óptica cuántica, fotónica, diseño de dispositivos ópticos, guías de onda cuánticas, generación de fuentes de luz no clásica, simulación de fenómenos cuánticos mediante estructuras fotónicas, propagación de ondas de radio, ondas guiadas, compatibilidad electromagnética, tecnología de microondas, manipulación de procesos de propagación electromagnética, fenómenos dieléctricos y altas tensiones. Esta es una línea de investigación que integra varias disciplinas que tienen una influencia determinante en las tecnologías que gobiernan el mundo moderno.

 

Justificación

El desarrollo de la sociedad moderna se debe al uso extensivo de las teorías electromagnética y cuántica en nuestra vida diaria. Por ejemplo, la teoría electromagnética se encuentra aplicada en los sistemas de generación y distribución de la energía eléctrica, en los sistemas electromotrices, en los sistemas de iluminación, en los dispositivos de almacenamiento y procesamiento de información, así como en toda la infraestructura en telecomunicaciones que empleamos de manera cotidiana. Por otra parte, la teoría cuántica  ha jugado un papel fundamental en el desarrollo de las tecnologías modernas: la conducción eléctrica en sólidos, líquidos y gases, la electrónica digital, los circuitos integrados, las tecnologías láser y de microondas, los reactores nucleares y la resonancia magnética nuclear, por ejemplo, han sido posibles sólo gracias a la descripción cuántica del mundo microscópico. Así,  debido a los avances teóricos y experimentales de los últimos años en la química cuántica moderna, la óptica cuántica, la mecánica estadística, el entrelazamiento cuántico, la información, teleportación y criptografía cuánticas, entre otras fenomenologías;  las teorías cuánticas, en un futuro cercano, permitirán desarrollar tecnologías confiables que impactarán profundamente en nuestra sociedad.

El auge de las telecomunicaciones modernas, así como de los sistemas ópticos, la ciencia de los materiales y las tecnologías de semiconductores, ha sido crucial en la configuración del mundo contemporáneo. Así, por ejemplo, actualmente contamos con redes de comunicaciones que empleamos de muy diversas maneras para transmitir información, a través de Internet o por medio de las redes de telefonía. El constante desarrollo en el diseño de nuevos dispositivos electrónicos con cada vez mejores capacidades de almacenamiento, procesamiento y transmisión de datos es evidencia de que estos tópicos de ninguna manera pueden considerarse como áreas de estudio agotadas. Muy por el contrario, los fenómenos electromagnéticos y cuánticos siguen siendo objeto de estudio en las grandes universidades alrededor del mundo debido a sus altas perspectivas de aplicación en el desarrollo de nueva tecnología. El papel predominante que las disciplinas electromagnética y cuántica adquieren en la sociedad como pilar en el desarrollo de las tecnologías  modernas, resalta la importancia de realizar investigación en estas áreas en nuestra institución.

El estudio de sistemas electromagnéticos y cuánticos comprende no sólo la descripción de la fenomenología, sino también la implementación de una variedad de aplicaciones tales como transmisión y distribución de señales electromagnéticas por guías de onda y fibra óptica, diseño de dispositivos ópticos, generación de fuentes de luz de características específicas, criptografía y teleportación cuánticas, simulación de fenómenos cuánticos mediante estructuras fotónicas y generación de herramientas de laboratorio para el estudio de procesos de control coherente en régimen de la óptica cuántica y la  física atómica. Si aunado a esto se considera todo el desarrollo en el análisis, diseño y fabricación de nuevos materiales tales como medios ópticos complejos, materiales fotónicos y metamateriales, nuestros modelos se vuelven cada vez más versátiles y favorecen el desarrollo de nuevas aplicaciones que impacten de manera sustantiva en la vida moderna y en las tecnologías avanzadas que se emplean de manera cotidiana.

En la línea de investigación Fenómenos Electromagnéticos y Cuánticos en Medios Complejos el conocimiento científico es nuestra fuente de impulso principal. En particular, estamos interesados en la generación de modelos teóricos de fenómenos electromagnéticos y cuánticos, así como en la implementación práctica de modelos y diseños asociados con técnicas experimentales de bajo costo.  De forma específica, consideramos el modelado, la descripción y el control de fenómenos ondulatorios en medios complejos tales como medios dispersivos, medios no-homogéneos, medios estratificados, medios quirales, metamateriales, medios no-lineales, medios guiados, medios con pérdidas y ganancias, medios disipativos, medios regeneradores de la energía, etc. Además, se considera la caracterización y el diseño de dispositivos ópticos tales como fibra óptica y arreglos de guías de onda, la producción de fuentes de luz con variables dinámicas bien definidas, la generación de pares de fotones entrelazados por el método de conversión espontánea paramétrica descendente (SPDC por sus siglas en inglés) y el diseño e implementación de técnicas de control de luz no clásica. Por otra parte, también se considera el diseño de sistemas de comunicaciones y de protocolos involucrados en la correcta transmisión de datos en redes y la implementación de técnicas informáticas y computacionales que permitan la integración, distribución y difusión automatizada de las señales en los sistemas de telecomunicaciones. Al mismo tiempo, y de forma natural, nuestra investigación nos ha permitido generar nuevo conocimiento en la teoría básica asociada con los fenómenos electromagnéticos y cuánticos  que incluye, entre otros, la formulación de nuevos métodos de la física-matemática, el estudio de los fundamentos de las teorías electromagnética y cuántica, y la descripción de procesos de interacción de la radiación con la materia.

 

Objetivos generales

Consolidar y 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 en medios complejos.

 

Objetivos específicos

  • Analizar y describir una amplia variedad de procesos de propagación de ondas electromagnéticas y cuánticas 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 amplificadoras, y explorar sus aplicaciones en la descripción de fenómenos de invisibilidad unidireccional, absorción coherente de radiación y diseño de amplificadores ópticos.
  • 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 los problemas de propagación de ondas en medios complejos.
  • Caracterizar los medios complejos dispersivos por medio de las técnicas del análisis matemático, análisis espectral y análisis asintótico.

 

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
  • Problemas espectrales para los problemas elípticos con valores en la frontera
  • Diseño de sistemas de microondas y electrónica.
  • Modelado de sistemas electromagnéticos y simulación computacional.

 

Fenómenos dieléctricos y altas tensiones

Efectos por altas concentraciones de campos electromagnéticos.

Medición y localización de descargas parciales.

Electrodinámica en nanoestructuras.

Almacenamiento y transporte de carga.

Fenómenos de polarización y ruptura en gases, sólidos, líquidos y vacío.

 

Fenómenos de propagación de ondas electromagnéticas

Desarrollo de nuevos métodos para la generación analítica y numérica de modelos de propagación de ondas electromagnéticas en medios complejos.

Diseño de nuevos dispositivos en la ingeniería electromagnética.

Análisis de fenómenos de dispersión de ondas electromagnéticas.

Estudio de efectos no lineales y análisis asintótico de modelos de propagación de ondas generadas por fuentes móviles.

 

Fenómenos cuánticos

Descripción y/o modelado de sistemas cuánticos a través de la mecánica cuántica supersimétrica convencional y equipada con masa efectiva.

Estados resonantes en mecánica cuántica.

Diseño espectral.

Análisis y modelado de potenciales ópticos.

Estudio teórico y experimental de fotones enredados producidos por conversión paramétrica descendente espontanea.

Estados cuánticos y coherentes de modos espaciales transversales del campo de radiación.

Interacción de la radiación con la materia.

 

Relación de asignaturas vigentes

Clave              Asignatura

07A5080         Teoría Electromagnética

07A5081         Matemáticas Avanzadas

07A5083         Métodos de la Física Matemática

07A5085         Instrumentación con Láseres

07A5079         Metrología Óptica

07A5091         Teoría de Antenas

07A5087         Comunicaciones Ópticas

07A5092         Propagación de Ondas de Radio

07A5094         Descargas Eléctricas

07A5095         Interferencias Electromagnéticas

07A5096         Ingeniería de Altas Tensiones

07A5088         Ingeniería Electromagnética Avanzada

07A5089         Métodos Numéricos para Cálculo de Campos Electromagnéticos

07A5099         Tópicos Selectos en Descargas Eléctricas

07A5100         Tópicos Selectos en Propagación Electromagnética

07A5101         Tópicos Selectos en Comunicaciones

10A5902         Tópicos Selectos de Óptica Cuántica

10A5901         Introducción a la Mecánica Cuántica

10A5900         Tópicos Avanzados de la Mecánica Cuántica

12B6545         Mecánica Clásica

 

Infraestructura asociada a la línea

  • Laboratorio de Fenómenos cuánticos
  • Laboratorio de antenas inteligentes y redes de sensores
  • Laboratorio de Láseres (ESIME-Z)
  • Laboratorio de Altas Tensiones (ESIME-Z)
  • Laboratorio de Óptica Avanzada (UNAM)