Justificación
La justificación del Doctorado en Nanotecnología (DNT) de la Escuela de Ingeniería y Ciencias se fundamenta en las necesidades emergentes de la sociedad y las tendencias profesionales en todos los niveles: local, nacional e internacional.
Necesidades socioeconómicas: Las sociedades contemporáneas enfrentan desafíos cada vez más complejos y multidimensionales que requieren soluciones igualmente complejas y multidisciplinarias. Para responder a estos desafíos se necesitan líderes científicos y tecnológicos que tengan una formación técnica rigurosa, una perspectiva global y las habilidades para implementar soluciones efectivas y transformadoras. Nuestro programa está diseñado para formar líderes innovadores que puedan convertirse en pioneros en la creación de empresas y productos basados en la investigación y el desarrollo.
Tendencias en la profesión: La nanotecnología fue propuesta a principios de los años 80 como un marco conceptual para el desarrollo de materiales y tecnología con propiedades novedosas y mejoradas mediante la modificación de características morfológicas a una escala de nanómetros. Desde entonces, esa idea ha dado lugar al desarrollo de dispositivos electrónicos más pequeños y rápidos, sensores más sensibles y precisos, materiales más resistentes y sistemas de administración de fármacos más inteligentes, por nombrar algunos. Hoy en día, el paradigma está cambiando hacia la aplicación del mismo marco conceptual, pero a escalas aún más pequeñas: molecular y cuántica. Se necesitaba un programa centrado en la ingeniería multiescalar como siguiente paso lógico para ampliar la visión de la nano-ingeniería a las escalas molecular y cuántica hacia el futuro del desarrollo de materiales y sistemas.
Perspectiva global: La investigación científica actual exige más que nunca una perspectiva global y multidisciplinaria. Este programa brinda oportunidades a los estudiantes para participar en proyectos científicos globales con socios internacionales. Los futuros científicos deben aprender a publicar artículos científicos en revistas internacionales revisadas por pares y presentar el progreso de su investigación a colegas y pares de universidades e instituciones de todo el mundo. Se fomentan proyectos multidisciplinarios, en los que los estudiantes conectan aspectos de diversas disciplinas y campos según sea necesario para abordar algunos de los desafíos globales más importantes que enfrentamos hasta la fecha.
Objetivo del programa
El Doctorado en Nanotecnología está diseñado para proporcionar las herramientas para desarrollar y aplicar el conocimiento científico de campos derivados y relacionados con la ciencia y la ingeniería de materiales, pero a múltiples escalas: la micro, escalas nano, molecular y cuántica. Este programa aborda la ingeniería cuántica, ciencia e ingeniería de materiales y la micro y nano ingeniería como sus tres temáticas. Con ello, el objetivo es proporcionar a los estudiantes fundamentos sólidos para abordar la ingeniería de múltiples escalas para aplicaciones que incluyen Medicina, Computación, Sensores, Odontología, Automotriz y Aeroespacial, Construcción, Almacenamiento de Energía, Remediación Ambiental, entre muchas otras.
Público al que se dirige
El programa está dirigido a estudiantes de pregrado y profesionales con mención en áreas de ingeniería y ciencias naturales que estén interesados en realizar investigaciones de alto impacto con base científica. Nuestros estudiantes generalmente tienen especializaciones en Química, Ingeniería Química, Ingeniería Eléctrica, Ingeniería Mecánica, Ciencia e Ingeniería de Materiales, Ingeniería Biomédica y campos relacionados. Los estudiantes que ingresan a este programa deben tener excelente formación académica, vocación en la generación de conocimiento, fluidez en la comunicación, trabajar profesionalmente bajo estrictos estándares éticos, estar abiertos a nuevas formas de asimilación del conocimiento y práctica profesional y ser intelectualmente curiosos.
Buscamos candidatos con probada capacidad académica, creatividad, motivación y potencial para realizar investigaciones científicas que enriquezcan los campos de la nanociencia, la nano-ingeniería, la ingeniería cuántica y la ciencia de materiales. El programa cuenta con un mecanismo adecuado para la selección de postulantes que considera los aspectos relevantes para identificar el perfil académico, y la investigación necesaria para un desempeño sobresaliente.
Perfil del aspirante
Para ingresar al Doctorado en Nanotecnología del Tecnológico de Monterrey, se espera que el aspirante cuente con:
Conocimientos
- Conocimientos de matemáticas a nivel intermedio en las áreas específicas de cálculo diferencial e integral, probabilidad y estadística, métodos numéricos, y geometría.
- Conocimientos de física a nivel intermedio en las áreas de mecánica clásica, óptica, electricidad y magnetismo, y termodinámica del equilibrio; así como preferentemente bases de mecánica cuántica y estadística.
- Conocimientos de química a nivel básico/intermedio en temas como reacciones químicas, estructura molecular, electroquímica, bioquímica, química analítica, y fisico química.
- Conocimientos básicos en áreas de biología son recomendados.
- Integración de los conocimientos científicos mencionados en los puntos anteriores para resolver problemas en el contexto de un ramo de la ingeniería.
Habilidades
- Fuertes habilidades cuantitativas provenientes de campos como las matemáticas, física, química, ingeniería, y ciencias de la computación.
- Habilidades de razonamiento relacionadas con la capacidad de inferir, analizar y sintetizar, complementándose con la exploración de competencias para organizar, obtener y comprender información que genere descubrimientos y soluciones tecnológicas.
- Habilidades en el uso de tecnologías digitales, de manera que sea capaz de buscar buscar y procesar información científica y académica.
- Voluntad para aprender programación en ciencia de datos y modelado computacional.
- Capacidad para pensar de manera crítica y creativa para resolver problemas complejos y multidisciplinarios.
- Habilidades para comunicarse de forma efectiva en idioma inglés por medio verbal y escrito para trabajar en la comunicación técnica de resultados de proyectos científico tecnológicos.
Aptitudes
- Sean personas apasionadas y ambiciosas por resolver alguno de los grandes desafíos socioeconómicos a nivel global a través de tecnología y ciencia para marcar la diferencia en el mundo y causar un impacto positivo.
- Sean personas talentosas, entusiastas, comprometidas con el desarrollo de su entorno y con el bienestar de la sociedad.
- Sean personas que tengan el potencial para concluir exitosamente su programa de posgrado y convertirse en líderes con espíritu emprendedor, sentido humano y competitivos internacionalmente.
Perfil del egresado
Al completar el Doctorado en Nanotecnología, el egresado será capaz de:
Conocimientos
- Comprender la aplicación de las ciencias básicas y metodologías de investigación a áreas de ciencia e ingeniería de materiales, micro y nanotecnología e ingeniería cuántica.
- Diseñar experimentos desde la identificación de los problemas hasta la interpretación de resultados.
- Utilizar principios de termodinámica y cinética para proponer materiales alternativos para resolver problemas de ingeniería.
- Conocimientos avanzados en métodos de caracterización de materiales, micro y nano fluídica, nano-fotónica y plasmónica, mecánica cuántica, termodinámica y cinética para ingeniería molecular y coloides e ingeniería superficial.
- Conocimientos intermedios/avanzados en temás fundamentales para al menos una de las tres líneas del programa: Ciencia e ingeniería de materiales, ingeniería de micro y nano-dispositivos, e ingeniería cuántica.
Habilidades
- Utilizar habilidades de investigación que incluyen preparación y caracterización de materiales con estructuras controladas a múltiples escalas.
- Realizar una evaluación crítica de materiales y dispositivos.
- Ejecutar proyectos científicos con el dominio de protocolos de seguridad de laboratorio y planificación experimental.
- Comunicarse eficazmente de forma oral y escrita con sus pares: mentores, comunidad investigadora, sociedad y propuestas de subvenciones.
- Escribir y publicar artículos científicos en revistas revisadas por pares relacionadas con la nanotecnología.
- Trabajar en colaborativamente en proyectos multidisciplinares.
- Preparar y dar presentaciones científicas en congresos nacionales e internacionales.
Actitudes
- Ser un tomador de decisiones con visión transdisciplinar y con un profundo sentido de colaboración.
- Ser un líder emprendedor, con sentido humano y competitivo internacionalmente.
- Ser un profesionista ético, justo, equitativo y socialmente responable en la implementación y desarrollo de ciencia y tecnología.
- Tomar decisiones con juicio científico y pensamiento crítico en su práctica como investigadores siguiendo normas legales, éticas y gubernamentales.
(LIES) Líneas de investigación e incidencia social (Se ofrecen en todos los campus del programa)
• Ciencia e ingeniería de materiales
La evolución y el florecimiento humanos se remontan fácilmente a avances históricos en la fabricación de formas útiles de materia. La pista de Ciencia e Ingeniería de Materiales aborda la necesidad de larga data, pero aún crucial, de desarrollar materiales con propiedades mejoradas o novedosas. Desde cerámica hasta polímeros y materiales a base de metal, esta pista integra todas las herramientas, métodos y principios para diseñar materiales avanzados modificando propiedades en cualquier escala de longitud. Un ejemplo de investigación en esta área involucra el modelado matemático y computacional de la mecánica de materiales a nivel macroscópico mediante análisis numérico. La fabricación y ensamblaje de materiales para aplicaciones industriales, tales como amortiguación de vibraciones, optoelectrónica, carga de esfuerzos, transferencia de calor, almacenamiento de energía por cambio de fase, almacenamiento de energía térmica, polímeros biodegradables, catálisis química, entre muchos otros. Los estudiantes trabajan en proyectos que están dirigidos a la creación de materiales prototípicos y su caracterización y pruebas de rendimiento para aplicaciones específicas. Los estudiantes en esta pista se convierten en expertos en el enfoque de ingeniería multi-escala al aprender cómo modificar características en escalas microscópicas o de mayor longitud para ajustar las propiedades macroscópicas de sus materiales. Se enfatiza el uso de técnicas de importancia industrial, incluido el análisis mecánico dinámico, la reología, la espectroscopia molecular y las pruebas optoelectrónicas. Al final, Ciencia e Ingeniería de Materiales conecta el programa con la gran cantidad de problemas industriales a nivel local, nacional e internacional, donde las empresas buscan continuamente soluciones alternativas de mayor eficiencia y menor costo.
• Micro- y Nano-ingeniería
La pista de Micro y Nano-ingeniería de este programa se centra en la manipulación de características a estas escalas en la búsqueda de propiedades mejoradas de materiales, dispositivos y sistemas. Esta línea de investigación involucra temas como inmuno-ingeniería, administración dirigida de medicamentos, nano-fabricación de dispositivos, sistemas micro y nanofluídicos, síntesis de nanopartículas, producción de micro y nanocompuestos, sistemas nano-fotónicos y nanomedicina, por nombrar algunos. Los estudiantes que seleccionen este tema se centrarán más en las técnicas y métodos necesarios para la manipulación y visualización de características de la materia en escalas de longitud micro y nanoscópicas. Algunos ejemplos son el uso de microscopía electrónica de barrido, difracción de rayos X, dispersión dinámica de luz, XPS y espectroscopia de absorción transitoria. El objetivo de los proyectos de investigación en esta línea se centrará en la modificación de la estructura de la materia orgánica, inorgánica o biológica para abordar desafíos importantes en el desempeño de ingredientes nanoestructurados para una amplia gama de productos y sistemas. Algunas vías de marcas son la fabricación de sistemas electrónicos y ópticos, la formulación de productos modificadores de superficies, la creación de plataformas de detección y sistemas de nanotecnología para aplicaciones médicas.
• Ingeniería cuántica
Hoy en día, el futuro de la visión de la ingeniería multiescalar reside en la escala cuántica. El tema de Ingeniería Cuántica está dirigido a la fabricación de sistemas de transmisión y almacenamiento de datos de próxima generación, donde es necesario el ajuste morfológico de la materia cerca del reino cuántico. Los estudiantes que seleccionen este tema tendrán la oportunidad de centrarse más en temas como computación cuántica, espintrónica, polarización electromagnética de la materia a escala cuántica, mecánica cuántica, física del estado sólido, óptica cuántica, información cuántica y temas relacionados. áreas. Los proyectos de investigación en esta pista pueden ser tanto experimentales como teóricos. Ejemplos de líneas de investigación representativas son el desarrollo de materiales para computadoras cuánticas, la fabricación de pinzas ópticas, el diseño de algoritmos cuánticos y el ensamblaje de ópticas con elementos de ingeniería cuántica. Los graduados de nuestro programa que seleccionan esta ruta generalmente están interesados en trabajar en empresas de alta tecnología; otras vías comunes también son el emprendimiento y la academia.
Justification
The rationale for the PhD in Nanotechnology (DNT) in the School of Engineering and Science is based on emerging societal needs and professional trends at all levels: local, national, and international.
Socioeconomic needs: Contemporary societies face increasingly complex and multidimensional challenges that require equally complex and multidisciplinary solutions. Responding to these challenges requires scientific and technological leaders who have a rigorous technical background, a global perspective, and the skills to implement effective and transformative solutions. Our program is designed to develop innovative leaders who can become pioneers in the creation of research and development-based companies and products.
Trends in the profession: Nanotechnology was proposed in the early 1980s as a conceptual framework for the development of materials and technology with novel and improved properties by modifying morphological characteristics at the nanometer scale. Since then, that idea has led to the development of smaller and faster electronic devices, more sensitive and precise sensors, stronger materials, and smarter drug delivery systems, to name a few. Today, the paradigm is shifting toward applying the same conceptual framework, but at even smaller scales: molecular and quantum. A program focused on multi-scale engineering was needed as a logical next step to extend the vision of nano-engineering at the molecular and quantum scales into the future of materials and systems development.
Global perspective: Today's scientific research demands more than ever a global and multidisciplinary perspective. This program provides opportunities for students to participate in global scientific projects with international partners. Future scientists must learn to publish scientific articles in international peer-reviewed journals and present their research progress to colleagues and peers from universities and institutions around the world. Multidisciplinary projects are encouraged, with students connecting aspects of various disciplines and fields as needed to address some of the most important global challenges we face to date.
Program Objectives
The PhD in Nanotechnology is designed to provide the tools to develop and apply scientific knowledge from fields derived from and related to materials science and engineering, but at multiple scales: the micro, nano, molecular and quantum scales. This program addresses quantum engineering, materials science and engineering, and micro and nano engineering as its three themes. In doing so, the goal is to provide students with a solid foundation to address multi-scale engineering for applications that include Medicine, Computing, Sensors, Dentistry, Automotive and Aerospace, Construction, Energy Storage, Environmental Remediation, among many others.
Target Audience
The program is aimed at undergraduate students and professionals majoring in engineering and natural sciences who are interested in conducting high-impact, science-based research. Our students generally have majors in Chemistry, Chemical Engineering, Electrical Engineering, Mechanical Engineering, Materials Science and Engineering, Biomedical Engineering, and related fields. Students entering this program should have excellent academic background, a vocation for knowledge generation, fluency in communication, work professionally under strict ethical standards, be open to new ways of assimilating knowledge and professional practice, and be intellectually curious.
We are looking for candidates with proven academic ability, creativity, motivation and potential to conduct scientific research to enrich the fields of nanoscience, nano-engineering, quantum engineering and materials science. The program has an adequate mechanism for the selection of applicants that considers the relevant aspects to identify the academic profile and the research necessary for outstanding performance.
Applicant Profile
To enter the Doctorate in Nanotechnology at Tecnológico de Monterrey, the applicant is expected to have:
Knowledge
- Knowledge of mathematics at an intermediate level in the specific areas of differential and integral calculus, probability and statistics, numerical methods, and geometry.
- Knowledge of physics at an intermediate level in areas of classical mechanics, optics, electricity and magnetism, and equilibrium thermodynamics; as well as preferable bases of quantum mechanics and statistics.
- Knowledge of chemistry at a basic/intermediate level in topics such as chemical reactions, molecular structure, electrochemistry, biochemistry, analytical chemistry, and physical chemistry.
- Basic knowledge in areas of biology is recommended.
- Integration of the scientific knowledge mentioned in the previous points to solve problems in the context of a branch of engineering.
Skills
- Strong quantitative skills in fields such as mathematics, physics, chemistry, engineering, and computer science.
- Reasoning skills related to the ability to infer, analyze, and synthesize, complemented by the exploration of skills to organize, obtain, and understand information that generates discoveries and technological solutions.
- Skills in the use of digital technologies, so that you can search and process scientific and academic information.
- Willingness to learn programming in data science and computational modeling.
- Ability to think critically and creatively to solve complex and multidisciplinary problems.
- Skills to communicate effectively in the English language through verbal and written means to work on the technical communication of results of scientific and technological projects.
Attitudes
- Be passionate and ambitious people to solve some of the great global socioeconomic challenges through technology and science to make a difference in the world and cause a positive impact.
- Be talented, enthusiastic people, committed to the development of their environment and the well-being of society.
- Be people who have the potential to complete their graduate program and become leaders with an entrepreneurial spirit, human sense, and internationally competitive.
Learning Outcomes
Upon completing the Doctorate in Nanotechnology, the graduate will be able to:
Knowledge
- Understand the application of basic sciences and research methodologies to areas of materials science and engineering, micro and nanotechnology, and quantum engineering.
- Design experiments from the identification of problems to the interpretation of results.
- Use principles of thermodynamics and kinetics to propose alternative materials to solve engineering problems.
- Advanced knowledge in materials characterization methods, micro and nano fluidics, nano-photonics and plasmonics, quantum mechanics, thermodynamics and kinetics for molecular engineering and colloids and surface engineering.
- Intermediate/advanced knowledge in fundamental topics for at least one of the three lines of the program: Materials science and engineering, micro- and nano-device engineering, and quantum engineering.
Skills
- Use research skills that include preparation and characterization of materials with controlled structures at multiple scales.
- Carry out a critical evaluation of materials and devices.
- Execute scientific projects with mastery of laboratory safety protocols and experimental planning.
- Communicate effectively orally and in writing with peers: mentors, research community, society, and grant proposals.
- Write and publish scientific articles in peer-reviewed journals related to nanotechnology.
- Work collaboratively on multidisciplinary projects.
- Prepare and give scientific presentations at national and international conferences.
Attitudes
- Be a decision-maker with a transdisciplinary vision and a deep sense of collaboration.
- Be an entrepreneurial leader, with a human sense and internationally competitive.
- Be an ethical, fair, equitable and socially responsible professional in the implementation and development of science and technology.
- Make decisions with scientific judgment and critical thinking in their practice as researchers following legal, ethical, and governmental standards.
(LIES) Research lines and social impact (Offered at all campuses for the program)
- Materials science and engineering
Human evolution and flourishing can easily be traced back to historical advances in the manufacture of useful forms of matter. The Materials Science and Engineering track addresses the long-standing, but still crucial, need to develop materials with improved or novel properties. From ceramics to polymers to metal-based materials, this track integrates all the tools, methods, and principles for designing advanced materials by modifying properties at any length scale. An example of research in this area involves mathematical and computational modeling of the mechanics of materials at the macroscopic level using numerical analysis. The fabrication and assembly of materials for industrial applications, such as vibration damping, optoelectronics, stress loading, heat transfer, phase change energy storage, thermal energy storage, biodegradable polymers, chemical catalysis, among many others. Students work on projects that are aimed at creating prototypical materials and characterizing and testing their performance for specific applications. Students in this track become proficient in the multi-scale engineering approach by learning how to modify characteristics at microscopic or longer length scales to tune the macroscopic properties of their materials. The use of industrially important techniques is emphasized, including dynamic mechanical analysis, rheology, molecular spectroscopy, and optoelectronic testing. Ultimately, Materials Science and Engineering connects the program to the myriad of industrial problems locally, nationally and internationally, where companies are continually seeking alternative solutions of greater efficiency and lower cost.
- Micro- and Nano-engineering
The Micro- and Nano-engineering track of this program focuses on the manipulation of features at these scales in the search for improved properties of materials, devices, and systems. This research track involves topics such as immuno-engineering, targeted drug delivery, nano-fabrication of devices, micro- and nanofluidic systems, nanoparticle synthesis, micro- and nanocomposite production, nano-photonic systems, and nanomedicine, to name a few. Students selecting this track will focus more on the techniques and methods necessary for the manipulation and visualization of features of matter at micro- and nanoscopic length scales. Examples include the use of scanning electron microscopy, X-ray diffraction, dynamic light scattering, XPS and transient absorption spectroscopy. The focus of research projects in this line will be on modifying the structure of organic, inorganic, or biological matter to address important challenges in the performance of nanostructured ingredients for a wide range of products and systems. Some brand avenues include the fabrication of electronic and optical systems, the formulation of surface modifying products, the creation of sensing platforms and nanotechnology systems for medical applications.
- Quantum engineering
Today, the future of multiscale engineering vision lies at the quantum scale. The Quantum Engineering subject is aimed at the fabrication of next generation data transmission and storage systems, where morphological tuning of matter close to the quantum realm is necessary. Students selecting this track will have the opportunity to focus more on topics such as quantum computing, spintronics, electromagnetic polarization of matter at the quantum scale, quantum mechanics, solid state physics, quantum optics, quantum information and related topics. areas. Research projects in this track can be both experimental and theoretical. Examples of representative lines of research are the development of materials for quantum computers, fabrication of optical tweezers, design of quantum algorithms, and assembly of optics with quantum engineering elements. Graduates of our program who select this path are generally interested in working in high-tech companies; common paths are also entrepreneurship and academia.