Dissertations/Thesis

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2024
Dissertations
1
  • ALEX FERREIRA LIMA
  • Análise dos modos quase-normais do buraco negro de Reissner-Nordström com a
    presença do parâmetro não-comutativo: método aproximativo para o campo espinorial

  • Advisor : BRUNO GERALDO CARNEIRO DA CUNHA
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • TAJRON JURIC
  • ANDRE LUIZ ALVES LIMA
  • BRUNO GERALDO CARNEIRO DA CUNHA
  • Data: Jan 30, 2024


  • Show Abstract
  • Perturbações em buracos negros fazem com que eles respondam de modo que o comportamento
    pode ser transcrito por meio da fase denominada ringdown. Nesta fase de relaxamento
    para a configuração final estável, emite-se as chamadas ondas gravitacionais, dominantemente
    composta pelos modos quase-normais (𝑀𝑄𝑁𝑠). Tais modos são oscilações amortecidas, ou
    seja, de frequências complexas que independem da fonte, porém, dependem exclusivamente
    de características intrínsecas da existência do próprio buraco negro e que o define segundo o
    Teorema da Calvície: massa (𝑀), momento angular (𝐽) e carga (𝑄). A fase de ringdown é
    predominante composta por modos quase-normais e o estudo direcionado, em especial, para a
    sua análise se faz importante devido ao fato do seu estágio correspondente ser o dominante, a
    somar com isto, a informação que codificam acerca da estrutura subjacente do espaço-tempo,
    detecções astrofísicas e questões relacionadas à estabilidade. Neste trabalho, estudamos os modos
    quase-normais associados ao buraco negro de Reissner-Nordström acoplado a um campo
    espinorial sem massa, fazendo-se uso de uma abordagem aproximativa para incrementar em
    primeira ordem a presença de um parâmetro não comutativo. Estes modos, por sua vez, possuem
    comportamentos definidos como amortecidos ou subamortecidos, caracterizados pelo
    fato de terem, no limite extremal, convergência da parte imaginária para um valor constante
    negativo ou a zero, respectivamente, a depender do valor do acoplamento do campo espinorial
    com o buraco negro, 𝑞𝑄. O valor crítico, 𝑞𝑄𝑐, separando o comportamento dos modos, foi
    obtido com cinco casas decimais de precisão. Por fim, ressalta-se que para obter os modos
    utilizou-se o método de deformações isomonodrômicas relacionado às equações diferenciais, no
    presente caso, tratando-se de uma equação diferencial de segunda ordem para a parte radial,
    constatando, por conseguinte, tratar de uma equação de equação de Heun confluente.

2
  • VINÍCIUS MENDES FARAH
  • Desenvolvimento e Aplicações da Transformada Mimética no Time Scale Calculus

  • Advisor : ANTONIO MURILO SANTOS MACEDO
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • ANTONIO MURILO SANTOS MACEDO
  • BRUNO GERALDO CARNEIRO DA CUNHA
  • FRANCISCO ANACLETO BARROS FIDELIS DE MOURA
  • Data: Jan 31, 2024


  • Show Abstract
  • O cálculo é um ramo da matemática que estuda funções e suas mudanças em relação
    aos seus argumentos. Os argumentos de uma função pertencem a um conjunto numérico
    denominado domínio da função. No cálculo clássico, os domínios contínuos e discretos são
    tratados de forma diferente e dão origem ao cálculo diferencial e ao cálculo de diferenças
    finitas, respectivamente. No desenvolvimento de uma teoria unificada de cálculo contínuo e
    discreto, surge o Time Scale Calculus. Uma escala de tempo (ou cadeia de medidas) T é
    um subconjunto fechado do conjunto de números reais R. Não faz distinção entre conjuntos
    contínuos ou discretos, portanto, um resultado comprovado para escalas de tempo gerais
    funciona tanto no conjunto de números reais quanto no conjunto de Cantor, por exemplo.
    Se 𝑡 for um elemento de T, podemos definir os operadores derivativos e integrais, tanto para
    frente quanto para trás. Esses operadores nos permitem conceituar equações dinâmicas em
    escalas de tempo arbitrárias. A peça central deste trabalho consiste no desenvolvimento de
    um método para deformar funções especiais de uma escala de tempo em sua análoga de
    outra escala de tempo, mantendo a respectiva transformada de Laplace da função original e
    sua análoga. O método consiste em uma transformada integral que é a Transformada Inversa
    de Laplace generalizada para escalas de tempo arbitrárias, que chamamos de Transformada
    Mimética. Devido ao número de resultados e à robustez da Teoria do Cálculo Quântico,
    mostramos que muitos resultados obtidos pela Transformada Mimética são consistentes com
    a literatura padrão. Por exemplo, a forma de muitas funções especiais no h-calculus e no
    q-calculus são obtidas pela Transformada Mimética de seu análogo contínuo. Além disso,
    mostramos que a Transformada Mimética também pode deformar equações dinâmicas inteiras
    em seu análogo em diferentes domínios, e também desenvolvemos a base para aplicações em
    processos epidêmicos e modelos de crescimento.

3
  • JANDSON FAHEL OLIVEIRA DE FREITAS
  • O problema dos anéis em buscas aleatórias em duas dimensões

  • Advisor : ERNESTO CARNEIRO PESSOA RAPOSO
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • ERNESTO CARNEIRO PESSOA RAPOSO
  • MAURICIO DOMINGUES COUTINHO FILHO
  • MARCOS GOMES ELEUTERIO DA LUZ
  • Data: Feb 20, 2024


  • Show Abstract
  • Nesta dissertação apresentamos resultados analíticos e numéricos de um caminhante aleatório
    no espaço bidimensional (2D) sujeito a condições de contorno absorventes na forma de
    dois anéis concêntricos que interrompem a caminhada uma vez que são tocados. O problema
    dos anéis representa uma espécie de abordagem de campo médio ao problema das buscas
    aleatórias em 2D, no sentido de que passos com tamanho superior ao diâmetro do anel externo
    não são permitidos. No problema dos anéis, um caminhante que busca encontrar um
    dos anéis inicia sua caminhada na posição inicial 𝑥0 entre os dois anéis concêntricos, sendo o
    anel interno de raio 𝑎 e o externo de raio 𝑅. Ao longo da sua trajetória, o buscador move-se
    até encontrar um dos anéis, com os tamanhos ℓ dos passos sorteados de acordo com uma
    distribuição 𝑝(ℓ) do tipo lei de potência com expoente 𝛼 + 1, a qual corresponde à aproximação
    para ℓ ≫ 1 da distribuição 𝛼-estável de Lévy. O problema dos anéis mostrou-se ser
    importante para o estudo das buscas aleatórias em 2D quando o objetivo é estudar a relação
    de encontro entre o alvo mais próximo e todos os outros que estão mais distantes da posição
    inicial do buscador. Para o problema do anéis, apresentamos resultados numéricos para
    o estudo de como a eficiência de busca 𝜂 no limite destrutivo, o tempo médio de primeira
    passagem ⟨𝑡⟩ do buscador para encontrar um dos anéis e as probabilidades de encontrar os
    anéis interno e externo, respectivamente 𝑃𝑖𝑛𝑡 e 𝑃𝑒𝑥𝑡, são influenciados pelos parâmetros do
    sistema. Também apresentamos resultados analíticos para o limite destrutivo e revisitamos o
    problema dos anéis para o limite não-destrutivo. No regime não-destrutivo, obtemos que a
    maximização da eficiência é alcançada para 𝛼 → 1, enquanto que para o regime destrutivo
    mostramos que a eficiência é maximizada no limite balístico 𝛼 → 0. Foi mostrado também
    que, para 𝛼 fixo, 𝑃𝑒𝑥𝑡 > 𝑃𝑖𝑛𝑡 antes do cruzamento das probabilidades e que 𝑃𝑒𝑥𝑡 < 𝑃𝑖𝑛𝑡 após
    o cruzamento. Por outro lado, para o estudo de 𝑃𝑖𝑛𝑡 e 𝑃𝑒𝑥𝑡 em função de 𝑥0 e 𝑅, encontramos
    que 𝑃𝑒𝑥𝑡 < 𝑃𝑖𝑛𝑡 antes do cruzamento e 𝑃𝑒𝑥𝑡 > 𝑃𝑖𝑛𝑡 após o cruzamento. Observamos ainda
    que, para 𝑥0/𝑅 fixo, ⟨𝑡⟩ aumenta com o aumento de 𝛼, enquanto que, quando fixamos 𝛼,
    observamos que ⟨𝑡⟩ aumenta à medida que 𝑥0 se afasta do anel interno. O problema dos anéis
    se mostrou, portanto, uma alternativa aproximada interessante de abordagem do problema
    das buscas aleatórias no espaço 2D livre (isto é, sem o anel externo limitante), as quais são
    bem mais difíceis de se investigar analiticamente.

4
  • ALEXSANDRO RAMOS DOS SANTOS
  • ELECTROMAGNETIC INTERFERENCE SHIELDING EFFECTIVENESS OF NANO AND CARBON COMPOUNDS: An analysis of yttrium-Iron garnet, bacterial cellulose, nitrogen-doped reduced graphene oxide and iron and cobalt nanowires

  • Advisor : EDUARDO PADRON HERNANDEZ
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • ANTONIO AZEVEDO DA COSTA
  • EDUARDO PADRON HERNANDEZ
  • JOAO MARIA SOARES
  • Data: Feb 29, 2024


  • Show Abstract
  • This work aims to present a possible solution to the growing problem of
    electromagnetic pollution through the shielding effect against electromagnetic
    interference, analyzed in five compounds. The methodology consists of creating a
    theoretical introduction to electromagnetic waves, establishing a theoretical
    framework for a better understanding of the electromagnetic pollution problem and
    the shielding effect against electromagnetic interference. It involves understanding
    and citing the devices causing this pollution, preparing samples of yttrium-iron garnet
    on alumina membrane using the sol-gel method, bacterial cellulose samples
    cultivated in HS medium, reduced graphene oxide samples doped with nitrogen
    using the Hummers method, and iron and cobalt nanowires samples with a thin layer
    of gold, grown on alumina membrane using the electrodeposition method to serve as
    potential solutions to the problem. Finally, a Vector Network Analyzer is used to
    measure the shielding obtained from these samples on the microwave band X. It was
    then observed an insignificant residual shielding for yttrium-iron garnet, low shielding
    in the range of 5.7 dB for bacterial cellulose, and moderate shielding for the other
    composites, with nitrogen doped graphene oxide with Fe3O4 having 27.3 dB of
    shielding, cobalt nanowires with 17.9 dB, and iron nanowires with 34.0 dB of
    shielding.

5
  • PEDRO FELIX DA SILVA JUNIOR
  • ON THE EMERGENCE OF FRACTAL COSMIC SPACE FROM FRACTIONAL QUANTUM GRAVITY

  • Advisor : SHAHRAM JALALZADEH
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • IARLEY PEREIRA LOBO
  • ANDRE LUIZ ALVES LIMA
  • SHAHRAM JALALZADEH
  • Data: Mar 4, 2024


  • Show Abstract
  • This dissertation investigates a cosmological model that explains the observational
    data on the matter content of the Universe using Padmanabhan’s theory of emergent cosmology
    and insights from fractional quantum gravity applied to the Schwarzschild black
    hole. Two main directions lead to this model. On the one hand, we start with the Hamiltonian
    formalism of general relativity and the canonical quantization of the theory leading
    to the Wheeler-DeWitt equation. A spherically symmetric spacetime then simplifies the
    application of the Wheeler-DeWitt equation and we can investigate the quantization of the
    Schwarzschild black hole, its mass spectrum, and thermodynamics, in the semi-classical
    limit. The study of fractals and the use of the Riesz fractional derivative via fractional
    quantum gravity show that the surface area of the event horizon of the Schwarzschild black
    hole has a random fractal structure, whose description is possible by fractional quantities.
    On the other hand, we show that the apparent cosmological horizon provides both
    a Hawking temperature associated with the horizon of an FLRW spacetime and is the
    most suitable horizon for obtaining the Friedmann equations with Padmanabhan’s theory
    in which cosmic space and its expansion emerge due to the tendency to satisfy the holographic
    principle. Finally, due to the results indicated by fractional quantum cosmology,
    we argue the following proposition: the cosmological apparent horizon of the Universe
    has the same structure of a random fractal as the event horizon of the Schwarzchild black
    hole. This leads to modified Friedmann equations that reveal an effect of fractal geometry
    that amplifies the content of baryonic matter already existing in the Universe and thus
    simulates the additional content of matter that we currently call dark matter.

6
  • DAYVID MELLO NASCIMENTO
  • Análise dos efeitos de luz parcialmente coerente em medidas de termometria por luminescência

  • Advisor : ANDERSON MONTEIRO AMARAL
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • ANDERSON MONTEIRO AMARAL
  • ROGÉRIA ROCHA GONÇALVES
  • EDUARDO JORGE DA SILVA FONSECA
  • Data: Mar 5, 2024


  • Show Abstract
  • Sistemas luminescentes que apresentam processos multifotônicos são objeto de grande interesse
    e aplicabilidade em diversas áreas da Ciência e da tecnologia. Todavia, o grande número
    de estados excitados que podem ser acessados por fontes de luz acessíveis e a alta probabilidade
    de decaimento radiativo partindo de tais estados faz com que não seja incomum observar
    sobreposições espectrais provenientes de bandas de emissão distintas, principalmente ligadas
    a processos multifotônicos de diferente ordens e processos. Esse fenômeno pode prejudicar
    severamente a análise de resultados experimentais, como, por exemplo, nas medidas de temperatura
    na termometria por luminescência. Por exemplo, já foi mostrado pelo nosso grupo
    que desconsiderar os efeitos das contribuições da banda de três fótons nas bandas detectadas
    pode acarretar problemas sérios na interpretação dos resultados de medidas de Luminescence
    Intensity Ratio (LIR).
    No presente trabalho, pretende-se investigar como a coerência espacial parcial da luz
    utilizada para excitação afeta a LIR. Este é um aspecto pouco explorado na literatura, mas que
    é de grande interesse para a nanotermometria. Por exemplo, a coerência espacial varia quando
    a luz propaga em materiais biológicos, de forma que compreender tais efeitos é importante
    para aplicações.
    Para verificar tais efeitos experimentalmente, foi utilizado um feixe contínuo no infravermelho
    próximo (977 nm) como fonte de excitação de uma amostra de nanopartículas de
    NaYF4 codopadas com Yb3+ e Er3+ suspensas em tolueno. Afim de emular os efeitos da
    luz propagando-se em materiais difusores, tal como tecidos biológicos, foram utilizados filtros
    difusores que imprimem padrões de fase aleatória sobre a frente de onda. Inicialmente foi caracterizada
    a intensidade da luz emitida em cada linha de emissão em função da excitação,
    com a amostra mantida em temperatura constante. Neste primeiro conjunto de resultados, foi
    observado que cada emissão possui uma dependência diferente com a potência de excitação,
    a depender do estado de coerência da frente de onda. As emissões termicamente acopladas
    (iniciadas nos niveis 2H11/2 e 4S3/2) variam de forma semelhante. No entanto, a luminescência
    associada à excitação por três fótons, originada a partir do nível 2H9/2, varia de forma distinta
    daquela dos níveis termicamente acoplados. Em particular, foi observado que nos casos de coerência
    espacial parcial, a emissão nível 2H9/2 é mais intensa e cresce mais rapidamente com a
    potência usada para a excitação das partículas. Esta é uma observação importante, pois indica
    que a relevância da contaminação do espectro utilizado para a LIR pode depender da propagaçãodentro
    de meios espalhadores. Enquanto a dependência da LIR com a propagação em
    meios absorvedores é bem conhecida, o efeito que observamos ocorre em meios transparentes,
    algo pouco considerado na literatura.
    Posteriormente, verificamos como as medidas de temperatura são afetadas por um procedimento
    de calibração que desconsidera tal contaminação espectral. Para tal, foram considerados
    dois regimes de excitação da amostra: um com potência P constante e outro com
    a intensidade I mantida constante. Para a excitação da suspensão com um feixe gaussiano,
    ambos os regimes devem fornecer resultados idênticos, visto que a relação entre a potência e
    a intensidade envolve apenas a área transversal do feixe. Entretanto, a variação da coerência
    espacial modifica a estatística das flutuações de intensidade e a área transversal do feixe. Enquanto
    o regime de potência constante se assemelha a um ajuste realizado considerando as
    propriedades do laser usado para a excitação, o regime de intensidade constante se assemelha
    a um procedimento de calibração onde se quer garantir um determinado nível de relação sinalruído
    no sistema de detecção. Foi observado que em ambos os cenários, P ou I constantes,
    a LIR independe da coerência espacial da luz utilizada para excitar a amostra quando apenas
    os níveis termicamente acoplados são considerados. Esta é uma verificação importante, pois
    indica a robustez da LIR sob propagação em meios espalhadores quando a luz detectada não
    está contaminada por emissões espúrias. Por outro lado, ao incluir a contaminação pela luminescência
    originada do nível 2H9/2, observou-se que no regime de P constante, a perda de
    coerência espacial leva a uma redução da influência do nível 2H9/2 nas leituras de temperatura.
    Isto pode ser compreendido ao considerar que a intensidade média deve diminuir neste regime
    pois a área ocupada pelo feixe tipicamente aumenta. Por outro lado, no regime de I constante,
    os feixes com maiores flutuações espaciais na intensidade levam a maiores desvios nas leituras
    de temperatura.
    As medidas realizadas indicam que, caso a contaminação pela emissão de três fótons seja
    relevante, a variação no grau de coerência espacial pode levar desvios sistemáticos nas leituras
    de temperatura que podem superar 20K. Considerando que buscam-se termômetros capazes
    de atingir resoluções de 0.1 K, e até onde sabemos tais efeitos sistemáticos sobre a calibração
    nunca foram reportados na literatura, a presente dissertação deve contribuir para uma melhor
    compreensão do uso de termômetros luminescentes em materiais espalhadores.

Thesis
1
  • AMMIS SÁNCHES ALVAREZ
  • Estudo das flutuações de intensidade e do efeito do índice de refração em dois sinais simétricos de mistura de quatro ondas gerados em vapor de rubídio

  • Advisor : SANDRA SAMPAIO VIANNA
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • SANDRA SAMPAIO VIANNA
  • JOAO CARLOS DE AQUINO CARVALHO
  • MARCIO HERACLYTO GONCALVES DE MIRANDA
  • PAULO HENRIQUE SOUTO RIBEIRO
  • PHILIPPE WILHELM COURTEILLE
  • Data: Jan 30, 2024


  • Show Abstract
  • Neste trabalho investigamos algumas características espectrais e temporais tanto dos feixes
    transmitidos como dos sinais gerados em um processo de mistura de quatro ondas. Usando
    um vapor de átomos de rubídio como meio não linear, estudamos tais características sob duas
    condições: (i) quando os feixes de luz incidentes na amostra são produzidos por dois lasers
    independentes e (ii) quando os feixes incidentes são produzidos por um único laser. Quando
    dois lasers independentes são utilizados, a frequência de um dos feixes incidentes é mantida
    fixa, e os espectros são obtidos em função da frequência do outro feixe. Detectamos simultâneamente,
    para diferentes intensidades dos campos incidentes, os espectros de transmissão e
    dos sinais de mistura de quatro ondas (MQO) gerados para frente. Os espectros de transmissão
    apresentam picos que coincidem com as frequências das transições hiperfinas da linha 𝐷2
    correspondentes ao estado 𝐹𝑔 = 3 do 85𝑅𝑏. Devido ao efeito Doppler, o ordenamento destes
    picos depende de que laser tem sua frequência variando. Por outro lado, os espectros dos sinais
    de mistura de quatro ondas apresentam um único pico fino, próximo da transição cíclica,
    mas que ocorre com uma pequena separação em frequência entre eles. Um modelo teórico,
    desenvolvido a partir das equações óticas de Bloch para um sistema de três níveis, nos permite
    interpretar o deslocamento em frequência observado no sinal não linear como um efeito do
    comportamento anômalo do índice de refração do meio devido à interação com dois campos
    intensos. Na outra condição temos um único laser, de forma que os dois feixes incidentes têm
    sempre a mesma frequência. Neste caso analisamos um processo de mistura de quantro ondas
    degenerada para frente. O laser de diodo cw apresenta flutuações de amplitude e de fase. Estas
    últimas são transformadas em flutuações de intensidade mediante o processo de interação
    com o meio atômico. Mantendo a frequência do laser fixa, registramos simultaneamente as
    flutuações de intensidade como função do tempo dos sinais de transmissão e de misturas de
    quatro ondas. A partir destas séries temporais, obtivemos as correlações entre os dois sinais
    de transmissão e entre os dois sinais de mistura para diferentes condições de polarização, intensidade
    dos feixes incidentes e temperatura do vapor. Obtivemos valores de correlação entre
    os sinais de transmissão em 𝜏 = 0 de 0.87, e entre os sinas de mistura de quatro ondas de até
    0.94. Nossos resultados indicam uma diminuição da largura do pico de correlação com o aumento
    da intensidade dos feixes incidentes, e a presença de uma oscilação na correlação, cuja
    frequência tende a aumentar com a intensidade. Para analisar estes resultados experimentais
    desenvolvemos um modelo teórico baseado no formalismo de matriz densidade, considerando
    um sistema de dois níveis interagindo com campos eletromagnéticos com uma fase estocástica
    definida por um processo de Ornstein-Uhlenbeck. Assim obtivemos um sistema de equações
    diferenciais estocásticas, que resolvemos numericamente aplicando as regras do cálculo de Itô.
    A partir da coerência 𝜎21 integrada em velocidades podemos obter a série temporal e comparar
    as correlações com os resultados experimentais. Este modelo teórico nos permite investigar o
    efeito da distribuição de velocidades na correlação, assim como a existencia de uma relação
    entre a frequência de oscilação nas curvas de correlação e as frequências de Rabi do sistema.

2
  • MATEUS RATTES LIMA DA MOTTA
  • Mistura de quatro ondas induzida por luz estrutura em meios atômicos: transferência de modos óticos e correlações espaciais

  • Advisor : SANDRA SAMPAIO VIANNA
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • FELIPE ARRUDA DE ARAUJO PINHEIRO
  • RAUL CELISTRINO TEIXEIRA
  • ANDERSON MONTEIRO AMARAL
  • LUCIO HORA ACIOLI
  • SANDRA SAMPAIO VIANNA
  • SEBASTIÃO JOSÉ NASCIMENTO DE PÁDUA
  • Data: Feb 5, 2024


  • Show Abstract
  • Neste trabalho, apresentamos uma série de resultados em mistura de quatro ondas (MQO)
    induzida por feixes de luz estruturada em meios atômicos. Começamos com um estudo teórico
    de um processo de MQO em cascata em vapor de rubídio gerando luz azul em 420 nm. Nessa
    configuração, mostramos que no regime de meio extenso, a base de modos Hermite-Gauss
    apresenta uma propriedade única de transferência de estrutura óptica. Nós então exploramos
    esse resultado para mostrar que ao estruturarmos cuidadosamente os feixes de bombeio, podemos
    obter modos espaciais desejados com simetrias cilíndrica e elíptica com alta fidelidade no
    sinal de luz azul. Na sequência, passamos a considerar uma configuração experimental onde
    dois sinais de MQO degenerada são gerados em direções diferentes do espaço, usando os mesmos
    feixes de bombeio. Nesse caso, apresentamos resultados em vapor aquecido de rubidio
    que evidenciam a conservação de momento angular orbital (MAO) simultaneamente nos dois
    processos de MQO. Mostramos que a configuração com dois canais de MQO nos permite
    codificar o MAO dos feixes incidentes no MAO dos dois sinais de MQO. Na sequência, exploramos
    a dinâmica de modos transversais no contexto de modos óticos contidos na chamada
    esfera de Poincaré (EP) de momento angular orbital. Definida em analogia com um estado
    arbitrário de polarização, essa família de modos é parametrizada em termos dos ângulos polar
    e azimutal na esfera. Mostramos que os dois sinais de MQO também podem ser descritos
    como pertencendo a esferas de Poincaré, e que os ângulos nas esferas de output e aqueles na
    EP do modo incidente são relacionados por simetrias bem definidas. Os perfis de intensidade
    dos feixes de MQO, assim como as consequência das simetrias, concordam bem com nossos
    resultados experimentais. Além disso, exploramos situações interessantes, como combinações
    de modos em EPs distintas e o cumprimento de uma das relações de simetria em cada esfera
    independentemente, e também restrições no regime de meio extenso. Na parte final, estudamos
    as correlações entre os campos de luz que participam nos dois processos de MQO.
    Dando sequência a um trabalho recente em átomos frios, investigamos as correlações oriundas
    da conversão de ruído de fase para ruído de amplitude como resultado da interação luz-átomo
    e discutimos nossas tentativas de identificar dependências espaciais nessas correlações. Finalmente,
    apresentamos a teoria quântica de MQO, explorando a natureza multi-modos espaciais
    do estado quântico da luz gerado no processo, e as correlações espaciais associadas.

3
  • ARTHUR ARAUJO BRUM
  • Versão Entrópica Heterotípica da Teoria H e Modelos de Crescimento Aplicados à Pandemia de Covid-19

  • Advisor : ANTONIO MURILO SANTOS MACEDO
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • AMERICO BARBOSA DA CUNHA JUNIOR
  • ANDRE LUIZ ALVES LIMA
  • ANTONIO MURILO SANTOS MACEDO
  • ERNESTO CARNEIRO PESSOA RAPOSO
  • MARCUS WERNER BEIMS
  • Data: Mar 28, 2024


  • Show Abstract
  • Esta Tese apresenta estudos em duas áreas distintas da Física. No primeiro, analisamos um
    sistema hierárquico e computamos a entropia heterotípica da teoria H para as duas classes de
    universalidade resultantes da teoria; neste âmbito, mostramos que partindo de uma densidade
    de probabilidade conhecida, podemos encontrar a entropia para o sistema em questão. Estas
    entropias são denominadas heterotípicas, pois diferem da tradicional entropia de Boltzman-
    Gibbs e são representadas de forma analítica em termos de funções G de Meijer. Ainda neste
    tema, discutimos a termodinâmica estocástica e mostramos sua conexão com a formulação
    entrópica heterotípica. No segundo, aplicamos modelos de crescimento generalizados às curvas
    epidêmicas de Covid-19 e realizamos ajustes numéricos, nos quais obtivemos excelentes resultados.
    Ainda neste tema, propusemos um modelo de crescimento com parâmetros dependentes
    do tempo para modelar curvas epidêmicas da Covid-19 com múltiplas ondas de infecções (ou
    mortes) e também neste caso mostramos através de excelentes ajustes numéricos que o modelo
    proposto descreve muito bem as curvas em questão. Finalmente, desenvolvemos um aplicativo
    web que aplica os modelos de crescimentos às curvas epidêmicas da Covid-19 para Países e
    Estados e Cidades no Brasil e nos Estados Unidos, através do qual o usuário pode monitorar a
    evolução da pandemia em uma dada localidade, obter informações relevantes sobre sua dinâmica
    e fazer previsões de curto prazo baseadas nos modelos de crescimento implementados.

2023
Dissertations
1
  • NAUDSON LUCAS LOPES MATIAS
  • Estabilização Eletrônica de um Pente de Frequências Ópticas

  • Advisor : MARCIO HERACLYTO GONCALVES DE MIRANDA
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • DANIEL VARELA MAGALHÃES
  • MARCIO HERACLYTO GONCALVES DE MIRANDA
  • SANDRA SAMPAIO VIANNA
  • Data: Jan 13, 2023


  • Show Abstract
  • Neste projeto de mestrado estabilizou-se eletronicamente um pente de frequências ópticas
    (PFO) previamente construído. O laser de Titânio:Safira (Ti:S) operando em regime de modos
    travados produz um PFO com cerca de 105 modos que conectam regiões de micro-ondas a
    domínios ópticos. Este PFO tem dois graus de liberdade relevantes do pente: as frequências de
    repetição e off-set, 𝑓𝑟𝑒𝑝 e 𝑓𝑜, respectivamente. Para tornar-se fonte padrão de frequências, os
    PFOs devem ter 𝑓𝑟𝑒𝑝 e 𝑓𝑜 estabilizados eletronicamente, neste caso, a técnica utilizada foi o laço
    de travamento em fase (Phase-Locked Loop, PLL), onde a referência foi um relógio atômico
    comercial de Césio. Como parâmetro de estabilidade usou-se o desvio de Allan, resultando no
    PFO completamente estabilizado de 𝑓𝑟𝑒𝑝 da ordem de 1 GHz, desvio de Allan inicial de 2·10−12,
    cruzando a ordem de 10−14 para 400 𝑠. Tais resultados são suficientes para experimentos em
    transparência eletromagneticamente induzida e investigação de dinâmica temporal da difusão
    de radiação em vapor atômico.

2
  • PATRICK ALYSON GOUVEIA TORRES
  • Analysis of the transverse spatial image of beams transmitted and generated through a non-linear
    process in rubidium vapor

  • Advisor : SANDRA SAMPAIO VIANNA
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • SEBASTIÃO JOSÉ NASCIMENTO DE PÁDUA
  • ANDERSON MONTEIRO AMARAL
  • SANDRA SAMPAIO VIANNA
  • Data: Jan 17, 2023


  • Show Abstract
  • In this work we describe an experimental investigation on the spatial intensity
    distribution of the two transmitted beams and the two beams generated in a four-wave
    mixing (FWM) process, using rubidium vapor as a nonlinear medium. The two FWM
    signals are detected in the 2𝑘#⃗! −𝑘#⃗" and 2𝑘#⃗" −𝑘#⃗! directions, where 𝑘#⃗! and 𝑘#⃗" are the
    incident beam directions. A diode laser, responsible by the two fields that driven the FWM
    process, is tuned to the 5S1/2(F = 3) → 5P3/2 of the 85Rb. The images of the four beams are
    obtained using a CMOS camera for a fixed atomic density and a fixed frequency of the
    input beams. From each image we can determine the spatial distribution of the intensity of
    the respective beam. We analyzed the spatial intensity distribution of the signals, as well
    as the spatial intensity fluctuation. The spatial intensity distribution of the transmitted
    beams shows a decrease of the beam waist for intensities close to the saturation intensity,
    while for high intensities the spatial profile is almost constant. This behavior indicates an
    autofocusing effect, related to the variation of the refractive index of the medium. The
    spatial distribution of the intensity fluctuation is obtained considering an average surface
    for each image, and is used to calculate the autocorrelation of the transmitted beams and
    the two generated FWM beams. Working with the intensity fluctuation, we can define a
    transverse spatial correlation length, which is used to compare the behavior of the four
    beams with that of a free beam. In this sense, the autocorrelations of intensity fluctuations
    of the transmitted beams show a decrease in the correlation length in the same region of
    intensities where we observe the self-focusing effect, and as we increase the intensity, the
    correlation length approaches the value obtained for the free beam. On the other hand, the
    correlation length for the autocorrelations of the signals generated by FWM increases as
    the intensity of the incident beams increases.

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  • EDYCLEYSON CARLOS DE SOUZA
  • Estudo de fenômenos de interface em heteroestruturas Y3Fe5O12/(NM e AFM) produzidas por magnetron sputtering

  • Advisor : SERGIO MACHADO REZENDE
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • SERGIO MACHADO REZENDE
  • FERNANDO LUIS DE ARAUJO MACHADO
  • ROBERTO LAZARO RODRIGUEZ SUAREZ
  • Data: Feb 17, 2023


  • Show Abstract
  • A spintrônica é uma ativa e excitante área tecnológica cujos objetivos principais são gerar, detectar e manipular correntes de spin nos materiais. Neste cenário, os efeitos de interface bombeamento de spin (spin pumping) e Exchange bias se destacam devido às aplicações em dispositivos spintrônicos e magnônicos, tais como: transistores de spin e sensores magnéticos que operam na faixa de GHz. O efeito de spin pumping consiste na injeção de uma corrente pura de spin devido à precessão da magnetização de um material magnético quando este é submetido a condição de ressonância ferromagnética, enquanto o efeito de Exchange bias refere-se ao acoplamento interfacial entre os spins de um material ferromagnético com um material antiferromagnético. Nesta dissertação investigamos os efeitos de interface em heteroestruturas de YIG/NM e YIG/AFM produzidas por magnetron sputtering, onde NM é um metal não magnético e AFM é um metal antiferromagnético. Os resultados experimentais obtidos demonstraram um crescimento epitaxial e propriedades magnéticas macias das amostras crescidas por RF sputtering. Além disso, as medidas de spin pumping nas bicamadas YIG/NM demonstraram que a arquitetura [Pt-Ag] aumenta a eficiência de conversão entre correntes de carga e de spin e controla os mecanismos de relaxação da magnetização do Y3Fe5O12. No tocante as estruturas YIG/AFM mostramos em nossas amostras o efeito de Exchange bias, evidenciado pelo surgimento de uma anisotropia magnética unidirecional dependente da espessura do YIG

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  • GABRIEL FERNANDES DE OLIVEIRA RAMOS
  • Estatística Fracionária e a Termodinâmica do Modelo de Hubbard Com Alcance Infinito no Regime de Spin Incoerente

  • Advisor : MAURICIO DOMINGUES COUTINHO FILHO
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • SILVIO ROBERTO DE AZEVEDO SALINAS
  • ERNESTO CARNEIRO PESSOA RAPOSO
  • FRANCISCO CASTILHO ALCARAZ
  • MAURICIO DOMINGUES COUTINHO FILHO
  • Data: Mar 9, 2023


  • Show Abstract
  • Nos dois capítulos iniciais, abordamos a motivação e os fundamentos da estatística fracionária de exclusão (EFE) de Haldane. Esta proposta foi formulada por F. D. M. Haldane em 1991, e concerne uma generalização do princípio de Pauli para sistemas de muitas partículas. Essa estatística é baseada na contagem de estados quânticos e é válida em qualquer dimensão espacial. Além disso, verificamos que a EFE se mostra efetiva para mapear sistemas de bósons ou férmions interagentes em um sistema de quasipartículas com estatística governada por uma matriz g, com aspectos físico-matemáticos bem definidos. Em seguida, descrevemos o exemplo de Wu, isto é, o gás ideal composto dessas quasipartículas ou espécies, denominadas exclusons, permitindo a derivação de propriedades como número de ocupação e energia total. Ressaltamos, nesse contexto, a nossa proposta de uma demonstração alternativa do teorema abaixo: "Em duas dimensões, o calor específico a volume constante é independente de g".


    Após a introdução dos métodos de estatística fracionária, nós os utilizamos para tratar o modelo de Hubbard de alcance infinito. De fato, este modelo interagente pode ser mapeado em um gás ideal de três espécies de exclusons obedecendo à uma EFE de Haldane-Wu com uma matriz estatística g bem definida. Esta formulação foi utilizada, com sucesso, na descrição de outras variações do modelo de Hubbard. Assim, foi determinada a energia livre grã-canônica do sistema e, em seguida, usando a parte singular da energia livre, exploramos o sistema na região próxima ao ponto crítico: 𝑇=0, 𝜇=0 e 𝑈=Δ. Nessa região, a energia livre é representada por uma série de potências, oermitindo o cálculo dos expoentes críticos associados aos regimes quântico e quântico crítico. Salientamos que, no regime quântico crítico, os coeficientes da série são dados em termos das funções de Lerch.


    Por fim, derivamos resultados no contexto do modelo de Hubbard de alcance infinito no regime de spin-incoerente. Em particular, derivamos a energia livre grã canônica no limite de acoplamento forte, permitindo o cálculo da entropia e do calor específico. Mostramos que essas quantidades são descritas por séries de potências, cujos coeficientes são resumidos em duas tabelas, das quais podemos obter gráficos para várias dimensões (até dez), e no limite 𝑑→∞. Para dimensões pares, as séries são finitas e definidas por funções polinomiais com ordem crescente com a dimensionalidade. Destacamos, ainda, o uso de técnicas de soma de Borel para contornar a divergência da série para dimensões ímpares.

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  • THIAGO DANTAS DO NASCIMENTO
  • Não linearidade óptica de terceira ordem de líquidos orgânicos e colóides com nanobastões de ouro.

  • Advisor : CID BARTOLOMEU DE ARAUJO
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • CID BARTOLOMEU DE ARAUJO
  • MARCIO HERACLYTO GONCALVES DE MIRANDA
  • CARLOS JACINTO DA SILVA
  • Data: Apr 24, 2023


  • Show Abstract
  • Com a criação do laser e, por consequência, o surgimento de uma nova área de pesquisa
    chamada óptica não linear (NL), passou-se a estudar a resposta óptica NL dos mais diversos
    materiais por causa das suas inúmeras implicações científicas e tecnológicas. Um grande
    número de fenômenos NL estão associados a não linearidades de segunda e terceira ordem,
    diversas técnicas experimentais foram aperfeiçoadas ao longo das últimas décadas, no intuito
    de quantificar estes fenômenos. Dentre elas, a técnica Z-scan é a mais utilizada para determinar
    o índice de refração NL (𝑛2) e coeficiente de absorção NL (𝛼2) de terceira ordem em
    materiais centrossimétricos. Neste trabalho, buscamos estudar a resposta óptica NL de nanocompósitos
    plasmônicos (NCPs), mais especificamente nanobastões de ouro (Au-NB) em
    água, originadas por efeitos termo-ópticos. Para isso, utilizamos uma variação da técnica Zscan
    que permite caracterizar simultaneamente a resposta termo-óptica dos materiais através
    da difusividade térmica (𝐷𝑇 ) e do coeficiente termo-óptico do índice de refração (𝑑𝑛/𝑑𝑇 ),
    chamada de técnica Thermal Managing Z-scan (TM Z-scan). Primeiramente, verificamos a
    aplicabilidade da técnica através de medidas com solventes já caracterizados na literatura e, a
    partir disso, aplicamos a mesma metodologia aos coloides com nanobastões de ouro, variando
    sua razão de aspecto (AR) e fator de preenchimento (𝑓). Todos os experimentos foram realizados
    com um laser de Titânio-Safira (814nm, 76MHz, 100fs) durante um tempo de iluminação
    da amostra de 5,5 ms a cada 55 ms. Os resultados obtidos foram associados a não-linearidades
    efetivas de terceira ordem das amostras, originadas principalmente por efeitos termo-opticos.
    Os valores medidos de 𝐷𝑇 , 𝑑𝑛/𝑑𝑇 e 𝑛2, dos solventes, estão de acordo com os valores reportados
    na literatura para experimentos em comprimentos de onda semelhantes. Enquanto que
    para as suspensões contendo Au-NB, representam uma nova caracterização termo-óptica nas
    condições experimentais adotadas, além de exibirem alta resposta NL através do 𝑛2 mesmo
    monitorado em uma intensidade baixa, evidenciando seu potencial para aplicações nos campos
    da fotônica e dispositivos plasmônicos.

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  • CÉFALO HABAKUK LUIZ CONRADO MOREIRA
  • Impacto da reologia de interface na bifurcação de dedos na célula de Hele-Shaw

  • Advisor : JOSE AMERICO DE MIRANDA NETO
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • MARCIO DA SILVEIRA CARVALHO
  • FERNANDO ROBERTO DE LUNA PARISIO FILHO
  • JOSE AMERICO DE MIRANDA NETO
  • Data: Apr 25, 2023


  • Show Abstract
  • A instabilidade de Saffman-Taylor ocorre quando um fluido menos viscoso é injetado em
    um fluido mais viscoso. A interface entre esses fluidos sofre uma deformação e protuberâncias
    na forma de “dedos” se formam na interface entre os fluidos. Interfaces entre dois fluidos,
    contendo polímeros, lipídios, proteínas, partículas sólidas ou outros agentes tensoativos, geralmente
    apresentam um resposta reologicamente complexa à deformações. Em que pese sua
    relevância acadêmica e prática para a dinâmica de fluidos e vários outros campos de pesquisa, o
    papel da reologia de interface na formação de dedos viscosos permanece bastante inexplorado.
    Uma exceção digna de destaque é o trabalho de Li e Manikantan (LI; MANIKANTAN, 2021), que
    utilizou análise de estabilidade linear para mostrar que tensões reológicas superficiais agem de
    modo a estabilizar a formação de dedos viscosos em geometria radial no regime linear. Nesta
    dissertação, fazemos uma análise perturbativa de modos acoplados de segunda ordem e investigamos
    a influência da reologia de interface na morfologia dos dedos formados em estágios
    não lineares iniciais. Em particular, queremos entender como a reologia de interface impacta
    os emblemáticos fenômenos de alargamento e bifurcação, que ocorrem na formação de dedos
    viscosos em geometria radial na célula de Hele-Shaw. Descrevemos a interface fluido-fluido
    newtoniana viscosa usando o modelo de Boussinesq-Scriven e derivamos uma condição generalizada
    de diferença de pressão de Young-Laplace na interface. Neste contexto, vamos além
    da descrição puramente linear e usamos a lei de Darcy para obter uma equação diferencial
    de modos acoplados que descreve a evolução temporal das amplitudes de perturbação até
    segunda ordem. Nossos resultados fracamente não lineares de modos acoplados indicam que,
    apesar de sua ação estabilizadora no regime linear, os efeitos da reologia de interface favorecem
    o alargamento da ponta dos dedos, levando a um aumento na ocorrência de eventos de
    bifurcação.

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  • EUDES THOMAS GOMES DA SILVA
  • INVESTIGAÇÃO DE FENÔMENOS SPINTRÔNICOS EM MATERIAIS CLÁSSICOS E QUÂNTICOS

  • Advisor : ANTONIO AZEVEDO DA COSTA
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • ANTONIO AZEVEDO DA COSTA
  • EDUARDO PADRON HERNANDEZ
  • ROBERTO LAZARO RODRIGUEZ SUAREZ
  • Data: Apr 27, 2023


  • Show Abstract
  • Nesta dissertação são investigados vários fenômenos que envolvem a interação dos graus de liberdade
    de spin e carga do elétron em diversos materiais. Investigamos amostras fabricadas por
    sputtering DC e RF com as seguintes composições: Si/FM, Si/FM/NM, e Si/FM1/NM/FM2
    onde FM = 𝑁𝑖81𝐹𝑒19, Co, Ni, Fe e NM; NM = Pt ou Sb. Entre os fenômenos investigados
    destacamos: (i) Injeção de spin em Si-p e Si-n, onde foi investigada a conversão de spin em
    carga, bem como o papel da junção Schottky no fenômeno; (ii) Autoconversão de onda de
    spin em corrente de carga nos metais NiFe, Fe e Co; (iii) Conversão de corrente de spin em
    carga, quando a corrente de spin é injetada nas duas superfícies de Sb. Neste caso estudamos o
    papel desempenhado pelos estados de superfície e de volume no processo de conversão. Vimos
    que as amostras de FM/Sb(t)/FM onde t é a espessura do filme de Sb o sinal DC obtido
    através do processo de spin-pumping é devido ao efeito Rashba, característico de conversão
    na superfície/interface. Também fizemos um estudo do processo de remoção da camada de
    óxido através do processo de plasma etching. Nesta etapa utilizamos dois métodos para caracterizarmos
    a remoção do óxido, primeiramente utilizando o perfilômetro, para calcularmos
    a taxa de remoção em função do tempo de exposição ao plasma e potência de RF, e por fim,
    fazendo curvas I-V para caracterizarmos a ohmicidade das amostras.

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  • MANOEL FIRMINO DE SOUZA NETO
  • Estudos de Física Estatística em Lasers Aleatórios

  • Advisor : ERNESTO CARNEIRO PESSOA RAPOSO
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • ANDERSON STEVENS LEONIDAS GOMES
  • ERNESTO CARNEIRO PESSOA RAPOSO
  • IVAN RENE ROA GONZALEZ
  • JOSE SOARES DE ANDRADE JUNIOR
  • Data: Apr 28, 2023


  • Show Abstract
  • Lasers aleatórios são sistemas ópticos não-lineares com inomogeneidades espaciais em seus
    constituintes e que operam em um regime de emissão caótica. Estes lasers são interessantes
    por suas propriedades não convencionais, como a ausência de coerência temporal e a amplificação
    de luz na presença de múltiplos modos com superposição (“overlap”) espacial. A
    intensidade emitida por estes sistemas fotônicos tem característica aleatória, principalmente
    para potências de excitação acima do limiar de emissão laser (“laser threshold”). Desse modo,
    a análise estatística das intensidades emitidas por lasers aleatórios é feita usando distribuições
    de probabilidade, tais como a distribuição de Lévy, que possui cauda pesada, e a gaussiana,
    dependendo da potência de excitação. A presença de caudas pesadas nessa distribuição é uma
    característica importante dos lasers aleatórios, e pode ser explicada pelo acoplamento entre
    os múltiplos modos que o constituem. Nesse trabalho, revisamos a teoria que explica a presença
    de tais distribuições e construímos histogramas de intensidade máxima de distribuições
    de Lévy a partir de dados experimentais de alguns lasers aleatórios. Uma outra característica
    relevante dos lasers aleatórios é a possibilidade destes exibirem uma fase análoga aos vidros de
    spins magnéticos, incluindo o fenômeno conhecido como quebra de simetria de réplicas. Tal
    fenômeno é caracterizado pela distribuição 𝑃(𝑞) de valores do parâmetro 𝑞 de Parisi de overlap
    de réplicas. Após uma breve introdução à teoria de Parisi no contexto dos lasers aleatórios,
    calculamos 𝑃(𝑞) a partir de dados experimentais e obtemos os perfis que indicam a existência
    de uma fase com simetria de réplicas abaixo do threshold (𝑃(𝑞) com um único máximo central
    em 𝑞 = 0) e uma fase vítrea com quebra de simetria de réplicas acima do threshold (𝑃(𝑞)
    com dois máximos laterais em 𝑞 = ±1). Calculamos também o coeficiente de correlação de
    Pearson, que dá uma medida da correlação linear entre as intensidades de luz em diferentes
    comprimentos de onda do laser aleatório. Essa medida é útil para ajudar no entendimento das
    propriedades estatísticas desses sistemas ópticos a partir das medidas de correlação entre os
    modos. Utilizamos as correlações de Pearson para construir os “mapas de calor” destas correlações.
    Por fim, no Apêndice nós incluímos os programas escritos em python que calculam
    a distribuição de intensidades, distribuição 𝑃(𝑞) de Parisi, e correlações de Pearson de lasers
    aleatórios.

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  • RUBEN ESTECHE ARAUJO
  • Uma extensão espaço-tempo-simétrica da mecânica quântica: Interpretação e previsões do tempo de chegada

  • Advisor : EDUARDO OLIMPIO RIBEIRO DIAS
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • MARCUS WERNER BEIMS
  • EDUARDO OLIMPIO RIBEIRO DIAS
  • FERNANDO ROBERTO DE LUNA PARISIO FILHO
  • Data: Apr 28, 2023


  • Show Abstract
  • Nós interpretamos a extensão space-time-symmetrical (STS) da mecânica quântica (MQ)
    proposta em (DIAS; PARISIO, 2017) e exploramos as previsões de seus estados “espaço-condicio
    nais” (EC) para potenciais arbitrários. Seguindo uma quantização alternativa, onde o tempo se
    torna um operador auto-adjunto e a posição um parâmetro, a extensão STS postula a existência
    de um novo estado quântico (intrínseco à partícula), |𝜑(𝑥)⟩, definido a cada ponto no espaço.
    |𝜑(𝑥)⟩ obedece à uma equação de Schrödinger EC que, na base do tempo, prevê o tempo
    ideal de chegada da partícula em 𝑥. Neste trabalho investigamos o comportamento para um
    potencial arbitrário da equação de autovalor do momento, que é análoga à equação de autovalor
    da energia na MQ usual. Verificamos que para potenciais dependentes do espaço, estados com
    momento bem definido dependem da posição, assim como estados com energia bem definida
    na MQ usual dependem do tempo para potenciais dependentes do tempo. Posteriormente,
    interpretamos a equação de Schrödinger EC de forma análoga à equação de Schrödinger: Dada
    uma função de onda EC “inicial”, 𝜑(𝑡|𝑥0), a solução 𝜑(𝑡|𝑥) é a amplitude de probabilidade da
    partícula chegar no instante 𝑡, dado que o detector é movido para uma nova posição 𝑥. Neste
    contexto, comparando |𝜓(𝑡)⟩ e |𝜑(𝑥)⟩, os quais descrevem dados estatísticos coletados em 𝑡 e
    𝑥, respectivamente, concluímos que eles fornecem informações complementares. Finalmente,
    resolvemos a equação Schrödinger EC para um potencial arbitrário dependente do espaço e
    aplicamos esta solução à uma barreira de potencial. Comparando esse resultado com uma
    generalização da distribuição de Kijowski, concluímos que a equação de Schrödinger EC talvez
    deva ser reformulada para acoplar as componentes de 𝜑(𝑡|𝑥), levando em consideração a
    interferência entre momentos positivos e negativos.

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  • EMANUEL VIEIRA DOS SANTOS JÚNIOR
  • Propriedades Magnéticas de Supercondutores de Duas Bandas no Estado Intertipo

  • Advisor : JOSE ALBINO OLIVEIRA DE AGUIAR
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • JOSE ALBINO OLIVEIRA DE AGUIAR
  • ERNESTO CARNEIRO PESSOA RAPOSO
  • ANDREY CHAVES
  • Data: May 29, 2023


  • Show Abstract
  • Convencionalmente os materiais supercondutores são classificados como tipo I ou tipo II devido a apresentarem, respectivamente, diamagnetismo perfeito ou penetração de fluxo magnético quantizado na forma de vórtices. A distinção é feita através do parâmetro de Ginzburg-Landau κ “ λ{ξ. Quando κ ă 1{?2 os supercondutores são classificados como do tipo I, enquanto quando κ ą 1{?2 os supercondutores são classificados como do tipo II. Todavia, existe um regime não convencional com propriedades magnéticas incomuns, denominado regime intertipo (IT), que possui configurações exóticas de fluxo magnético,
    onde a interação entre os vórtices pode ocorrer de forma não monotônica, resultando em uma atração de longo alcance e repulsão de curto alcance. As interações não monotônicas favorecem energeticamente, no condensado, a formação de agregados (clusters) de vórtices, ilhas de vórtices coexistindo com domínios Meissner, tiras (stripes) de vórtices, labirintos, entre outros. Esse regime ocorre na vizinhança do ponto de Bogomol’nyi κ0 “ 1{?2, onde qualquer configuração de vórtice é energeticamente igual e o estado condensado se torna auto-dual e infinitamente degenerado. Nesta dissertação investigamos as configurações da matéria de vórtices em filmes finos supercondutores bidimensionais consistindo de dois condensados acoplados por uma energia inter-banda, conhecido como acoplamento Josephson. Para obter as configurações de vórtices, foi aplicado o formalismo de Ginzburg-Landau de duas componentes em conjunto com a representação de Eilenberger que conecta os parâmetros fenomenológicos com os parâmetros microscópicos. Na representação
    de Eilenberger os parâmetros microscópicos que se destacam no modelo são a razão entre as velocidades de Fermi de cada banda v1{v2, a densidade de estados de cada banda e a matriz de acoplamento elétron-fônon. Apresentamos diagramas de fases que relacionam v1{v2 com a temperatura T para valores fixos do numéro vórtices na amostra que capturam a resposta volumétrica evitando a influência das bordas. Através dos
    diagramas de fases podemos visualizar diferentes transições típicas de supercondutores do tipo II/I, e para determinados valores de v1{v2 e T ocorrem transições para o regime intertipo caracterizadas pelo surgimento de cadeias de vórtices, labirintos, e aglomerados de vórtices que podem coexistir com regiões livres de fluxo. A medida que a razão v1{v2 diminui a interação se torna fortemente não monotônica atrativa e é energeticamente
    mais favorável à formação de tiras (stripes) de vórtices. Para completeza dos nossos resultados, analisamos o comportamento da energia de interação entre vórtices em função da sua distância de separação. O comportamento mostrou-se não convencional variando entre repulsivo, atrativo ou não monotônico de acordo com a região determinada pelos parâmetros microscópicos no diagrama de fases.

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  • ADONIAS VICTOR MARQUES BARROS
  • Registrando tempo de chegada na mecânica quântica via acoplamento relógio-detector: uma estatística equivalente à de sucessivos colapsos no detector

  • Advisor : EDUARDO OLIMPIO RIBEIRO DIAS
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • EDUARDO OLIMPIO RIBEIRO DIAS
  • NADJA KOLB BERNARDES
  • DIOGO DE OLIVEIRA SOARES PINTO
  • Data: May 31, 2023


  • Show Abstract
  • Investigamos o problema do tempo de chegada de uma partícula quântica. Revisamos dois
    modelos operacionais para o tempo de chegada: (i) o modelo de Yearsley-Halliwell (YEARSLEY
    et al., 2011), que consiste no acoplamento de um relógio quântico à partícula e (ii) o modelo
    de Halliwell (HALLIWELL, 1999), que consiste na interação de um detector com um grande
    ambiente para que registre de forma irreversível a chegada da partícula. Em seguida, propomos
    um meio de obter o tempo de chegada acoplando um relógio quântico ao detector de Halliwell.
    Verificamos que o nosso modelo apresenta a vantagem de poder usar relógios mais precisos
    quando comparado ao modelo de Yearsley e Halliwell. Além disso, verificamos também que
    o estado do nosso relógio é representado por uma mistura “imprópria” de todos os possíveis
    instantes em que a partícula pode ter sido detectada. Dessa forma, o relógio descreve uma
    estatística equivalente à de um ensemble de trajetórias quânticas do detector quando o mesmo
    é submetido a colapsos a cada intervalo de tempo igual à precisão do relógio

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  • DIEGO ALEJANDRO MONROY ALVAREZ
  • Jacobi Polynomials Approach to the Random Search Problem in One Dimension

  • Advisor : ERNESTO CARNEIRO PESSOA RAPOSO
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • ERNESTO CARNEIRO PESSOA RAPOSO
  • MARCOS GOMES ELEUTERIO DA LUZ
  • MAURICIO DOMINGUES COUTINHO FILHO
  • Data: Jun 13, 2023


  • Show Abstract
  • Lévy processes, either flights or walks, have attracted a great deal of attention from
    diverse fields. They have been successfully applied to model anomalous transport phenomena
    in superconductors, turbulence, sunlight scattering in clouds, spectroscopy and random lasers.
    In ecology, there are numerous evidence that living organism often forage "non-gaussianly",
    a behaviour that, in theory, results in more efficient searches. Short-term deviations from
    normality have also been observed in financial assets prices and Lévy processes have been
    applied to analyse market microstructure and market friction.
    We address the problem of one-dimensional symmetric Lévy flights that take place in a
    finite interval with absorbing endpoints, i.e. the target sites. Pure Lévy flights are by no means
    easy to tackle analitically, hence the jump step length is sampled from a power-law (Pareto
    I) distribution with shape parameter 0 < 𝛼 < 2 thus resembling the asymptotic heavy-tailed
    behaviour of the Lévy 𝛼-stable distribution. For such simplified system, closed-form expressions
    have been reported in the literature for the absorption probability at a specific target, the mean
    number of steps and the mean path length before a target is encountered, of which the last
    two quantities are of special interest since they are related to the mean first-passage time of
    Lévy flyers and walkers respectively.
    Those approximate closed-form expressions have been obtained by means of inversion
    formulae related to fractional integro-differential equations and perform reasonably well provided
    that the departure site is not too close to the targets and away from the Gaussian
    regime. This work not only intends to revisit the aforementioned approach but also to explore
    alternative methods, such as the spectral relationship method using classical Jacobi polynomials.
    This method allows the inclusion of correction terms that are difficult to handle with
    inversion formulae. The obtained solutions predict the simulated results more accurately and
    in broader ranges of the stability index and the departure site location than their inversion formulae
    counterparts. As a drawback, one must resort to numerical methods and regularization
    techniques to deal with the instability arising for the ill-conditioned nature of problem.

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  • PEDRO HENRIQUE DA SILVA SANTOS FERREIRA
  • Four-wave mixing with Hermite-Gauss modes in rubidium vapor

  • Advisor : SANDRA SAMPAIO VIANNA
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • EDUARDO JORGE DA SILVA FONSECA
  • JOAO CARLOS DE AQUINO CARVALHO
  • SANDRA SAMPAIO VIANNA
  • Data: Jul 27, 2023


  • Show Abstract
  • In this work, we present an experimental study on the spatial profile of coherent light generated
    in a forward four-wave mixing (FWM) process. We are interested in investigating how the
    transverse structure of the incident beams, more specifically of the Hermite-Gauss (HG) modes,
    is transferred to the generated signal in this nonlinear process. For the experiment, we used
    a continuous wave diode laser to excite a sample of Rubidium atoms, on the 85Rb D2 line,
    tuned to the frequency of the 52𝑆1/2 (𝐹 = 3) → 52𝑃3/2 transition. With a Spatial Light
    Modulator, we were able to split the laser beam in two and structure them in the desired
    modes. These two beams, 𝐴 and 𝐵, with wave vectors ⃗𝑘𝐴 and ⃗𝑘𝐵, and linear orthogonal
    polarizations, with quasi-copropagated configuration, were used to induce two FWM signals in
    the directions 2⃗𝑘𝐴 −⃗𝑘𝐵 and 2⃗𝑘𝐵 −⃗𝑘𝐴. The spatial profile of incident beams and the two nonlinear
    signals were captured by a CMOS camera, and the regimes of a thin or extensive medium
    were investigated. We were able to obtain results for a combination of gaussian-HG beams, as
    well as HG-HG beams. The profiles obtained by computer simulation were compared with the
    experimental measurements. Our theoretical model relies on solving the paraxial equation of
    the generated field. It leads to the overlap integrals of the incident beams, which unfold into
    some interesting selection rules in the transversal plane, for the thin and extensive medium
    regimes, and in the longitudinal axis, only for the long medium regime. Although the extensive
    medium regime presents some additional selection rules, the experimental requirements are
    difficult to achieve in our system, among them, we highlight the Gouy phase matching. On
    the other hand, a good agreement between theory and experiment was observed in the thin
    medium regime.

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  • EMANUEL PINHEIRO SANTOS
  • Aprendizado de máquina para aumentar precisão em termômetros fotoluminescentes

  • Advisor : ANDERSON STEVENS LEONIDAS GOMES
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • ERVING CLAYTON XIMENDES
  • ANDERSON MONTEIRO AMARAL
  • ANDERSON STEVENS LEONIDAS GOMES
  • Data: Jul 28, 2023


  • Show Abstract
  • Termometria Óptica (TO) é, essencialmente, um campo da física que estuda a temperatura e seus parâmetros usando ferramentas do domínio da óptica, como lasers, por exemplo. De forma objetiva, a TO consiste em observar qualquer característica óptica (emissão, tempo de vida, polarização, etc) de uma amostra e sua relação com a temperatura. Na maioria dos trabalhos da literatura, o domínio de estudo da TO é no limite ultravioleta-visível-infravermelho, sem ir muito longe no espectro eletromagnético. Portanto, também chamamos esses estudos de “Termometria de Luminescência” ou “Termometria Luminescente”. Os métodos empregados na literatura para realizar o estudo da termometria óptica (ou luminescente) consiste em observar como a temperatura afeta as características espectroscópicas (largura de linha, deslocamento espectral, tempo de vida, etc.) da amostra. Com isso, é possível estudar a sensibilidade relativa e a resolução térmica (e outros parâmetros) para propor uma configuração em que se possa construir um termômetro óptico. As vantagens desse tipo de termômetro em relação aos termômetros convencionais são, principalmente, o alcance na região micro/nano e a possibilidade de medir a temperatura em regiões mais profundas do que a superfície em tecidos biológicos, materiais orgânicos e inorgânicos. O estudo da TO já é amplo na literatura, no entanto, os métodos utilizados (que chamaremos de métodos convencionais) possuem um grau de incerteza considerável em diversos casos. Com isso, neste trabalho usamos uma ferramenta moderna bem estabelecida computacionalmente para fazer as análises dos dados – Machine Learning (ML). O Aprendizado de Máquina (Machine Learning) é uma ferramenta computacional de Inteligência Artificial que tem o objetivo de proporcionar à máquina (computador) o aprendizado de padrões ou não-padrões, a partir de um conjunto de dados de treino, para conseguir fazer previsões ou classificações. Nessa pesquisa, realizamos o estudo da termometria óptica usando microesferas de Nd3+:YAG e comparamos os resultados obtidos por métodos convencionais (razão de intensidade e regressão linear múltipla) e pelo aprendizado de máquina. Mostramos que usando o ML é possível reduzir a incerteza na previsão da temperatura na termometria óptica, quando comparado aos métodos convencionais. O algoritmo construído está disponível na seção de apêndices.

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  • LUAN MARTINS TORRES DE MORAES
  • Correlated disorder-driven superconductivity in quasi-1D samples

  • Advisor : JOSE ALBINO OLIVEIRA DE AGUIAR
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • ANDREY CHAVES
  • JOSE ALBINO OLIVEIRA DE AGUIAR
  • RENE RODRIGUES MONTENEGRO FILHO
  • Data: Jul 31, 2023


  • Show Abstract
  • The recent explosive growth of interest in the phenomenon of interplay between disorder and
    superconductivity has been a joint success of theory and experiment. With the aim of improving
    the superconducting properties of materials, much of the relevant earlier research has
    focused predominantly on the study of the influence of the disorder strength. Consequently,
    we now have a clear understanding that an increase in disorder can lead to a remarkable improvement
    in the superconductivity figures of merit. For example, recent studies have revealed
    an unprecedented disorder-induced rise in the superconductive characteristics of quasi-1D single
    crystals made of MoSe chains weakly bound by Na atoms. Anomalous enhancement of
    superconductivity due to large structural disorder has also been reported for TaS2 monolayers.
    However, in some respects, the theory lags behind. One profound theoretical issue that
    has not been given due attention so far is related to the applicability of models of spatially
    uncorrelated disorder. That is, the theory of disordered superconductors is almost exclusively
    based on spatially uncorrelated disorder, although disorder is almost never completely random
    in real systems. In most materials, inhomogeneity is arranged in a certain structure characterized
    by spatial correlations. There is a growing appreciation of the fact that such correlations
    can qualitatively change the essential properties of many disordered systems.
    Recently, an approach to account for disorder correlation has been proposed to study the
    zero-temperature superconducting characteristics. Calculations have shown that long-range
    correlations change the statistical properties of the superconducting order parameter. Furthermore,
    an increase in the degree of correlation in the disorder potential tends to enhance superconducting
    correlations. As a result, global superconductivity can be designed to be much
    more robust with respect to the disorder strength.
    The influence of disorder correlations in samples of quasi-low dimensionality can be even
    more significant, as even weak disorder significantly affects the shape resonance effect, which

    is responsible for the increase in critical temperatures with decreasing sample size, as shown
    earlier.
    Motivated by these experimental findings, this thesis investigates the effect of correlated
    disorder on the superconducting properties of a nanowire at low temperature. Within the
    framework of the Bogoliubov-de Gennes tight-binding formalism, the aim is to understand
    the interplay between the effect of disorder correlation and the quasi-low dimensionality of the
    superconducting samples.

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  • WESLEY FELIPE ALVES
  • Observação de quebra de simetria de réplica em laser de modos travados

  • Advisor : MARCIO HERACLYTO GONCALVES DE MIRANDA
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • ANDERSON STEVENS LEONIDAS GOMES
  • ANDRE DE LIMA MOURA
  • MARCIO HERACLYTO GONCALVES DE MIRANDA
  • Data: Aug 25, 2023


  • Show Abstract
  • Neste trabalho, observamos experimentalmente pela primeira vez o fenômeno de quebra de simetria de réplica (QSR) no laser de modos travados em fibra dopada com itérbio. Observamos três regimes fotônicos em nosso laser, o CW, o quase modos travados (QMT) e o modos travados (MT), onde o CW apresenta réplica simétrica (RS), o QMT apresenta QSR e o MT apresenta RS. Associamos o fenômeno de QSR com a dinâmica de flutuações das intensidades do espectro no regime de QMT. Observamos uma distribuição L-shaped nas intensidades de dois modos surgir conforme a QSR aparece no sistema.

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  • HIGO DE ARAUJO OLIVEIRA
  • Thermal conductivity calculation in Si membranes:

    a Homogeneous Non-Equilibrium Molecular Dynamics approach

  • Advisor : LUIZ FELIPE CAVALCANTI PEREIRA
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • LUIZ FELIPE CAVALCANTI PEREIRA
  • RENE RODRIGUES MONTENEGRO FILHO
  • DAVIDE DONADIO
  • Data: Sep 21, 2023


  • Show Abstract
  • In this work, we calculated the thermal conductivity of Si(110) membrane with a thickness
    of a single unit cell (5.431Å), using the out-of-equilibrium homogeneous non-equilibrium
    molecular dynamics (HNEMD) method. The calculated conductivity using this method for
    these membranes exhibits a size dependence with respect to to the x, y plane dimensions, but
    shows convergence for sizes larger than 𝐿 × 𝐿 with 𝐿 = 30.72 nm. The conductivity is found
    to be 61.73 (𝜎 = 2.5) W/m/K.
    We also employed the spectral decomposition method of heat flux to separate the average
    contribution of vibrational modes (phonons) to thermal conductivity. This analysis revealed
    that the major contribution comes from low-frequency modes (𝑓 ≤ 4.5 THz). Additionally,
    decomposing the conductivity into in-plane and out-of-plane components allows us to show
    that the in-plane components (longitudinal acoustic modes) are the predominant ones. It was
    observed that the introduction of periodic defects in these membranes reduces the conductivity
    value by around 90% . This reduction also depends on the defect’s geometrical shape. We
    tested circular, square, and equilateral triangle shapes for the same removed material density
    (different shapes with same area). The reduction is approximately 90% for squares (𝜅𝑥 = 6.037
    W/m/K) and circles (𝜅𝑥 = 6.116 W/m/K), while it is 95% for triangles (𝜅𝑥 = 3.290 W/m/K).
    This suggests that the phonon scattering at the defect interface depends not only on the
    removed material density, as already known in literature, but also on the geometric shape of
    the inserted defects.

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  • YURI FALCÃO BASTOS
  • Quantização Estocástica de Nelson e Processos Estocásticos

  • Advisor : ANTONIO MURILO SANTOS MACEDO
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • ANTONIO MURILO SANTOS MACEDO
  • FERNANDO ROBERTO DE LUNA PARISIO FILHO
  • GIOVANI LOPES VASCONCELOS
  • Data: Sep 29, 2023


  • Show Abstract
  • Este trabalho tem como objetivo o estudo da formulação estocástica de Nelson
    da mecânica quântica, visando possíveis aplicações em áreas onde métodos híbridos
    oriundos da mecânica quântica e da física estocástica têm sido usados com sucesso,
    como econofísica, epidemiologia matemática e física de sistemas complexos hierárquicos.
    Inicialmente, realizamos uma revisão direcionada dos conceitos fundamentais
    de probabilidade, mecânica estatística fora do equilíbrio e processos estocásticos. O
    formalismo de Nelson é introduzido através da integral de Itô, juntamente com uma
    breve discussão de suas particularidades em relação à integral de Riemann, além
    da apresentação sucinta das condições de existência e unicidade de equações diferenciais
    estocásticas (EDE) e a aplicabilidade de EDE em sua forma "backward"em
    problemas de otimização. A partir disso, dividindo este estudo em duas partes, primeiro
    utilizamos o método variacional estocástico (MVE) para realizar a quantização
    estocástica do oscilador harmônico unidimensional, a fim de montar um algoritmo que
    possa ser aplicado para buscar soluções de EDE discretizadas por meio do método
    numérico da diferença finita. Por fim, na segunda parte, estudamos a obtenção e discutimos
    as propriedades da fase de Berry, com o propósito de obter uma representação
    estocástica clássica a partir das correspondentes equações de Madelung.

19
  • MIGUEL ALEJANDRO MOLINA CERON
  • Redes funcionais, estrutura modular e padrões entre estados corticais

  • Advisor : PEDRO VALADAO CARELLI
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • FERNANDA SELINGARDI MATIAS
  • MAURO COPELLI LOPES DA SILVA
  • PEDRO VALADAO CARELLI
  • Data: Oct 24, 2023


  • Show Abstract
  • Neste trabalho, analisamos um grande conjunto de dados de registros eletrofisiológicos em
    ratos anestesiados com oretano. Caracterizamos a atividade neuronal por meio da análise
    estatística da atividade celular registrada em segmentos de 250 segundos. Para cada um desses
    segmentos, as interações neuronais são quantificadas pelo cálculo intensivo de correlações
    cruzadas. Os resultados da dinâmica nos diferentes segmentos são representados por redes
    funcionais em que os nós definem os neurônios em interação e suas bordas descrevem os
    máximos funcionais. Para melhorar nossa compreensão da dinâmica neural, quantificamos
    sua configuração estrutural de interconexões usando métricas clássicas de ciência de rede,
    como coeficiente de agrupamento, caminho característico, eficiência e a propriedade de mundo
    pequeno. Além disso, usando algoritmos de detecção de comunidade em redes e a distância de
    Jensen-Shannon, comparamos as distribuições de atividade neural e sua evolução identificando
    padrões considerando diferentes níveis de similaridade, apresentando assim uma estratégia
    para a classificação não supervisionada de padrões em dados de atividade cortical obtidos por
    procedimentos eletrofisiológicos e estados corticais variantes induzidos por uretana.

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  • EDGAR VITOR DE ALBUQUERQUE SANTOS
  • Imageamento de caracteres ocultos em documentos em formato de rolo por detecção de luz transmitida

  • Advisor : ANDERSON MONTEIRO AMARAL
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • ANDERSON MONTEIRO AMARAL
  • PETRUS D AMORIM SANTA CRUZ OLIVEIRA
  • ANDRE DE LIMA MOURA
  • Data: Oct 31, 2023


  • Show Abstract
  • Uma grande quantidade de documentos históricos está inacessível devido ao estado de deterioração
    do papel, representando riscos de danos irreversíveis à qualquer tentativa de manuseio.
    Técnicas não invasivas de imageamento dos caracteres ocultos apresentam-se como uma alternativa
    a este problema. A literatura especifícica apresenta um conjutos de abordagens baseadas
    no uso de raios-X, mas que implicam em desvantagens sobre custos, implementação e os consequentes
    riscos à saúde. Por um lado, uma alternativa simples e barata é utilizar radiação
    visível ou no infravermelho próximo. No entanto, como o papel é um meio espalhador nessa
    região espectral, os fótons possuem uma probabilidade significativa de ter seu trajeto desviado
    e, portanto, é razoável assumir que aqueles que atingem um determinado detector possam
    ter percorrido trajetórias distintas. Este fato impõe dificuldades à elaboração de algoritmos de
    imageamento para a reconstrução dos caracteres ocultos de documentos a patir de luz vsível
    ou no infravermelho próximo. Portanto, este trabalho apresenta um protótipo de sistema de
    imageamento com luz visível para revelar os caracteres oculdos de documento em formato
    de rolo de papel a partir da detecção dos fótons transmitidos. Inicialmente, um estudo de
    medidas de extinção é apresentado com o objetivo de separar as contribuições do papel e da
    tinta na atenuação da luz incidence e verificar se estes comportamentos seguem o modelo de
    Beer-Lambert. A partir destes resultados, um protótipo de sistema de imageamento é apresentado
    e discutido em conjunto com os resultados de imagens de fantomas em diferentes
    arranjos experimentais, de forma a testar as capacidades do protótipo proposto. Os resultados
    de imageamento indicam que as imagens geradas pelo protótipo permitem a visualização dos
    caracteres ocultos até mesmo quando cobertos por camadas extras de papel branco, mostrando
    que o protótipo é capaz de detectar detalhes pequenos como a serifa de caracteres e
    mesmo letras impressas em fontes semelhantes à um texto manuscrito.

21
  • HUGO ESTEVAO GOMES DE BRITTO RAMOS
  • Otimização de Erros Numéricos Gerados em Simulações Computacionais de Espectroscopia Direta com Pentes de Frequência com Átomos de Rubídio

  • Advisor : MARCIO HERACLYTO GONCALVES DE MIRANDA
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • SÉRGIO RICARDO MUNIZ
  • DANIEL FELINTO PIRES BARBOSA
  • MARCIO HERACLYTO GONCALVES DE MIRANDA
  • Data: Dec 7, 2023


  • Show Abstract
  • O presente trabalho visa otimizar um problema de espectroscopia utilizando átomos de
    rubídio com pentes de frequência. É utilizado um método computacional para que sejam feitos
    cálculos de espectroscopia direta com pentes de frequência baseados em um desenvolvimento
    teórico que considera átomos de vários níveis e ordens de perturbação arbitrárias. Foram
    realizadas modificações em programas previamente desenvolvidos visando obter resultados
    mais precisos. É apresentado um panorama de como os programas foram implementados com
    novas instruções e dos métodos numéricos envolvidos, bem como sua forma de otimização. Os
    programas originais foram desenvolvidos por Felinto e López para o artigo Theory for direct
    frequency-comb spectroscopy(2009) no qual foi proposta a teoria base para este trabalho.
    Neste trabalho foram derivadas expressões gerais para a dinâmica de sistemas atômicos. Por
    fim são apresentados os resultados comparando-os com os do artigo de 2009 nos quais serão
    demonstrados ganhos de precisão.

Thesis
1
  • LUCAS BEZERRA DE ALMEIDA MÉLO
  • Caracterização de Caos Determinístico em Laser de Modos Travados em Fibra de Yb e Otimização de Fase Espectral para Absorção de Pulsos Banda Larga por Conjunto de Átomos Banda Estreita

  • Advisor : MARCIO HERACLYTO GONCALVES DE MIRANDA
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • LÁZARO AURÉLIO PADILHA JUNIOR
  • LUIS GUSTAVO MARCASSA
  • ANDERSON MONTEIRO AMARAL
  • DANIEL FELINTO PIRES BARBOSA
  • JOSE WELLINGTON ROCHA TABOSA
  • MARCIO HERACLYTO GONCALVES DE MIRANDA
  • Data: Jan 11, 2023


  • Show Abstract
  • Apresentamos uma caracterização do caos determinístico no laser de modos travados em
    fibra dopada com Yb, identificando traços experimentais e demonstrando caos unimodal nesse
    sistema. Propomos um ajuste para o mapa de retorno caótico que é capaz de manifestar boa
    semelhança com os dados experimentais. Por fim, vemos que é possível reconhecer transições
    na rota para o caos utilizando a potência média do laser, revelando o caráter global do regime
    não linear. Após isso, abordamos outro problema no qual otimizamos a fase espectral de um
    pulso de laser ultra rápido para uma absorção sequencial de dois fótons em um meio atômico
    denso. Utilizamos um modulador espacial de luz para aplicar as mudanças de fase espectral e
    um algoritmo genético para auxiliar na determinação da alteração de fase espectral ótima. Ao
    longo do estudo quebramos o problema em várias etapas simples, permitindo o entendimento
    da otimização como uma superposição de efeitos e trazendo melhorias na absorção que vão
    de 200% até além de 2500%.

2
  • EVERTON OLIVEIRA LIMA
  • Ordens Locais no Processo de Derretimento de Um Cristal Quadrado e no Líquido Resultante

  • Advisor : SERGIO WLADEMIR DA SILVA APOLINARIO
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • WANDEMBERG PAIVA FERREIRA
  • CLECIO CLEMENTE DE SOUZA SILVA
  • LEONARDO RIBEIRO EULALIO CABRAL
  • RICARDO LUIZ LONGO
  • SERGIO WLADEMIR DA SILVA APOLINARIO
  • Data: Feb 27, 2023


  • Show Abstract
  • Usando simulações de dinâmica browniana, investigamos os processos de fusão de uma rede
    cristalina quadrada de partículas coloidais interagindo através de um potencial isotrópico, que
    compreende tanto uma repulsão de núcleo duro quanto um potencial adicional de poço quadrado
    suavizado. Para temperaturas ligeiramente inferiores à de transição, encontramos uma proliferação
    de pequenos aglomerados (clusters) líquidos circundados pela rede quadrada. Esses aglomerados
    não são estáticos, muito pelo contrário, possuem uma dinâmica intensa e são continuamente
    formados e destruídos ao longo do tempo. No entanto, nenhum defeito topológico não ligado foi
    observado. Na temperatura de transição, um desses aglomerados líquidos começa a crescer, até
    que todo o sistema fique na fase líquida, caracterizando então uma transição de fase de primeira
    ordem. A fase intermediária tetrática, dada pela teoria KTHNY, não foi observada. Além disso, a
    fase líquida apresenta um número considerável de aglomerados cristalinos com ordenamentos
    quadrado e triangular, que permanecem presentes mesmo quando a temperatura aumenta em uma
    ordem de grandeza. À medida que a temperatura aumenta, as mudanças estruturais dentro da fase
    líquida são analisadas avaliando o número e os tamanhos dos aglomerados quadrados e
    triangulares. Observou-se uma transição dos clusters dominantes.

3
  • ALEXANDRE ANDRADE CAVALCANTI DE ALMEIDA
  • Forward Four-Wave Mixing Experiments In Hot And Cold Atomic Systems

  • Advisor : SANDRA SAMPAIO VIANNA
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • MARCELO MARTINELLI
  • CELSO JORGE VILLAS BOAS
  • DANIEL FELINTO PIRES BARBOSA
  • LUCIO HORA ACIOLI
  • SANDRA SAMPAIO VIANNA
  • Data: Feb 28, 2023


  • Show Abstract
  • Neste trabalho, é apresentado um conjunto de experimentos envolvendo processos
    de mistura de quatro ondas em átomos de rubídio. Diversas configurações
    experimentais são utilizadas explorando sistema de dois e três níveis em configuração
    de cascata e L, todas numa geometria copropagante, procurando investigar fenômenos
    físicos presentes em cada cenário.
    No primeiro experimento, um laser de diodo contínuo e um trem de pulsos ultracurtos,
    de 1GHz, são combinados para gerar um sinal de luz azul coerente via processo de
    mistura de quatro ondas em um vapor quente de rubídio. O sinal coerente é analisado
    variando a frequência do laser de diodo ou a taxa de repetição do pente de frequências.
    Em ambos os casos, o laser contínuo induz um efeito Autler-Townes com uma larga
    separação na estrutura de dubleto devido à configuração copropagante dos campos. O
    formalismo da matriz densidade é utilizado para modelar esses resultados, obtendo as
    equações de Bloch e as resolvendo numericamente. As soluções permitem explorar
    mais cenários que o experimento, comparando a resposta da população do estado
    excitado e do sinal gerado coerentemente para sistemas alargados homogênea e
    inomogeneamente. Ademais, neste mesmo experimento, também se observa um efeito
    de interferência inesperado entre rotas de excitação do processo de mistura de quatro
    ondas quando a taxa de repetição do trem de pulsos é variada. O modelo teórico
    demonstra que este efeito de interferência ocorre apenas quando a taxa de repetição
    é escolhida cuidadosamente para produzir um par de modos do pente de frequência
    ressonante com ambas as transições de um e dois fótons para o mesmo grupo de
    velocidade.
    O segundo experimento, ainda utilizando vapor quente de rubídio, explora dois sinais
    simétricos de mistura de quatro ondas degenerada, induzidos por dois campos quase
    copropagantes com vetores de onda~ka e~kb, e detectados simultaneamente nas direções
    2~ka

4
  • PAULO CESAR DO NASCIMENTO PEREIRA
  • Forces on Dislocations and the Limits of Classical Elasticity in 2D

  • Advisor : SERGIO WLADEMIR DA SILVA APOLINARIO
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • HARTMUT LÖWEN
  • MILORAD MILOŠEVIC
  • ANTONIO MURILO SANTOS MACEDO
  • JOSE ALBINO OLIVEIRA DE AGUIAR
  • SERGIO WLADEMIR DA SILVA APOLINARIO
  • Data: Mar 21, 2023


  • Show Abstract
  • Esta tese investiga alguns limites da teoria clássica da eslasticidade em 2D, especialmente no que concerne a forças em defeitos topológicos chamados dislocations. Inicialmente, a tese comenta cada passo de aproximação usado ao se derivar a Elasticidade Clássica. Novas dis-cussões são feitas sobre a suposição do contínuo e sobre os limites de sua aproximação soma-para-integral. Adicionalmente, um formalismo matemático alternativo para deformações em 2D é introduzido a fim de obter equações e inferências física mais simples.

    Após isso, a noção de força do “core” é estudada. Esta é uma correção à força clássica cobre um dislocation, chamada força de Peach-Koehler, e que apareça quando na presença de gradientes de deformação. Ela tinha sido prevista por diferentes abordagens, mas nunca observada, até um trabalho que é apresentado nesta tese. Um modelo de simulação para in-vestigar esta força e seus resultados são mostrados. Ao comparar com as abordagens teóricas anteriores, verifica-se que nenhuma delas é capaz de fornecer uma forma de prever quantitativamente a força do “core”. Além disso, é mostrado que, para alguns sistemas, resultados desta força podem ser usados para prever um valor definido para a chamada energia do “core” de um dislocation.

5
  • JUAN CARLOS CHAVES CAPELLA
  • Modelling of quantum memories based on atomic external degrees of freedom

  • Advisor : DANIEL FELINTO PIRES BARBOSA
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • BERTULIO DE LIMA BERNARDO
  • DANIEL FELINTO PIRES BARBOSA
  • FERNANDO ROBERTO DE LUNA PARISIO FILHO
  • SANDRA SAMPAIO VIANNA
  • SEBASTIÃO JOSÉ NASCIMENTO DE PÁDUA
  • Data: Jun 30, 2023


  • Show Abstract
  • In this work, we present some fundamental tools in the modelling of quantum networks. We
    intend to develop theoretical tools such as the usage of the mixed variables density matrix
    formalism to model from first principles atomic experiments where external degrees of freedom
    play an important role, and entanglement quantification in atom-photon systems where
    entanglement is present in the continuous variables of the system. Namely, we first perform
    a detailed theoretical and experimental investigation of an atomic memory based on recoilinduced
    resonance in cold cesium atoms. We consider the interaction of a nearly degenerated
    pump and probe beams with an ensemble of two-level atoms. A full theoretical density matrix
    calculation in the extended Hilbert space of the internal and external atomic degrees of
    freedom allows us to obtain, from first principles, the transient and stationary responses determining
    the probe transmission and the forward four-wave mixing spectra. These two signals
    are generated together at the same order of perturbation with respect to the intensities of
    pump and probe beams. Moreover, we have investigated the storage of optical information on
    the spatial modes of light beams in the atomic external degrees of freedom, which provided
    a simple interpretation for the previously-reported non-volatile character of this memory. The
    retrieved signals after storage reveal the equivalent role of probe transmission and four-wave
    mixing, as the two signals have similar amplitudes. Probe transmission and forward four-wavemixing
    spectra were then experimentally measured for both continuous excitation and after
    storage. The experimental observations are in good agreement with the developed theory and
    open a new pathway for the reversible exchange of optical information with atomic systems.
    Next, we review the Weisskopf-Wigner formalism for spontaneous emission considering the
    spatial modes of light as well as external atomic degrees of freedom which we introduce in
    the theory by modelling the atom as a wavepacket in momentum space with a given initial
    uncertainty, and perform a purity calculation in order to quantify the entanglement encoded
    in the momentum variables of the atom-photon system. Our purity calculations reveal two
    high entanglement regimes depending on the initial atomic momentum uncertainty: the Recoil
    entanglement regime (which arises in the small momentum uncertainty region), where recoil
    effects dominate the mechanisms that originate entanglement and the Doppler entanglement
    regime (in the large momentum uncertainty region) where homogeneous Doppler shifts in the
    emitted photon’s frequency play the fundamental part in the build up of quantum correlations
    in the system. Simplified expressions for the system’s wavefunction are found for each of the
    entanglement regimes and physical considerations are made to explain their nature. Finally, we
    briefly investigate the role of entanglement in the distinguishability of two physically different
    quantum states that arise naturally from the theory, where we note that entanglement in the
    system leads to a better resolution of the two quantum states.

6
  • JOAO PAULO CAVALCANTE
  • ISOMONODROMY METHOD AND BLACK HOLES QUASINORMAL MODES: numerical results and extremal limit analysis

  • Advisor : BRUNO GERALDO CARNEIRO DA CUNHA
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • MAURÍCIO RICHARTZ
  • OSCAR JOÃO CAMPOS DIAS
  • BRUNO GERALDO CARNEIRO DA CUNHA
  • CLECIO CLEMENTE DE SOUZA SILVA
  • SHAHRAM JALALZADEH
  • Data: Jun 30, 2023


  • Show Abstract
  • Gravitational waves emitted by different astronomical sources, such as black
    holes, are dominated by quasinormal modes (QNMs), damped oscillations at unique
    frequencies that depend explicitly on the parameters that characterize the source of
    gravitational waves. In the case of black holes, the parameters are charge, mass, angular
    momentum, and overtones. These quasinormalmodes have been studied for a long time,
    often to describe the time evolution of a given perturbation in a manner very similar to
    what is done in the analysis of normal modes.


    More recently, with the first detections of gravitational waves by the Laser
    Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), the study and analysis of
    QNMs has become crucial, since they characterize the ringdown phase of a given
    astronomical phenomenon, for example, the coalescence between two black holes or
    between a black hole and a neutron star. In this phase, there is a superposition of QNMs
    that, in turn, can be observed by the detectors and analyzed, allowing us to estimate the
    values for the parameters associated with the astronomical source. Therefore, with the
    advent of LIGO and other gravitational wave detectors, we have an excellent motivation
    to study quasinormal modes.


    From a theoretical point of view, there are in the literature a variety of methods
    that through different theoretical approaches seek to calculate the quasinormal (QN)
    frequencies. The best-known methods include; theWentzel-Kramers-Brillouin (WKB)
    and Posch-Teller approximations, and the continued fraction method. In this thesis,
    we present and apply the isomonodromy method (or isomonodromic method) to the
    study of quasinormal modes, more precisely, we consider the analysis of modes that are
    associated with linear perturbations in two distinct four-dimensional black holes one
    with angular momentum (Kerr) and one with charge (Reissner-Nordström).We show,
    using the method, that the QN frequencies for both black holes can be analyzed with
    high numerical accuracy and for certain regimes even analytically.We also explore, by
    means of the equations involved, the regime in which both black holes become extremal.
    We reveal for this case that through the isomonodromic method, we can calculate with
    good accuracy the values for the quasinormal frequencies associated with gravitational,
    scalar, and electromagnetic perturbations in the black hole with angular momentum, as
    well as spinorial and scalar spinorial and scalar perturbations in the charged black hole.
    Extending thus the analysis of QN frequencies in the regime in which the methods used
    in the literature have generally convergence problems.

    Through the separation of variables, we show that the equations describing
    linear perturbations on both black holes can be rewritten in terms of second-order
    ordinary differential equations (ODEs), where for the cases in which both black holes

    are non-extremal and extremal, we have that such ODEs are the confluent and doubleconfluent
    Heun equations, respectively. In turn, we consider the matrix representation
    of the solutions of such ODEs and use the method of isomonodromic deformations,
    which is based on the existence of families of linear matrix systems with the same
    monodromy parameters that can be deformed isomonodromically. From the method,
    we derive conditions for the isomonodromic functions + and  , which are strictly
    connected with isomonodromic deformations in the confluent and double-confluent
    Heun equations, respectively. By means of these conditions, we are able to perform
    the numerical analysis of the QN frequencies for both black holes, in the extremal or
    non-extremal regime.

    Subsequently, making use of the representation of the two functions + and 
    in terms of the Fredholm determinant, we show that it can be possible to reformulate,
    through the isomonodromic method, the eigenvalue problem of the confluent and
    double-confluent Heun equations into an initial value problem for both -functions. For
    example, we reveal by means of the +-function that it is possible to obtain the values
    of the QN frequencies for the non-extremal Kerr black hole. The same is observed for
    the case in which the black hole is extremal, where one has that the frequencies are
    obtained using the function  . For both regimes (non-extremal and extremal), it is
    considered the analysis of the QN frequencies associated with linear perturbations of
    gravitational, electromagnetic, and scalar fields in this black hole.


    Finally, for the case of the charged Reissner-Nordström black hole, following
    the same procedure applied to the Kerr black hole, we analyze the values of the QN
    frequencies for the extremal and non-extremal Reissner-Nordström black hole. For both
    cases, we present the results for the quasinormal frequencies associated with linear
    perturbations of charged scalar and spinorial fields. In the analysis of theQNfrequencies
    near extremality, we find that there is a critical value for the coupling between the charge
    @ of the perturbing field and the charge & of the black hole, at which the quasinormal
    frequencies become purely real when the black hole becomes extremal, i.e., frequencies
    associated with normal modes.

7
  • JEAN RICARDO COLACO DA SILVA
  • Estudo do efeito da dimensionalidade do espaço em buscas aleatórias

  • Advisor : ERNESTO CARNEIRO PESSOA RAPOSO
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • ERNESTO CARNEIRO PESSOA RAPOSO
  • FREDERICO BORGES DE BRITO
  • MARCOS GOMES ELEUTERIO DA LUZ
  • MAURICIO DOMINGUES COUTINHO FILHO
  • RENE RODRIGUES MONTENEGRO FILHO
  • Data: Jul 4, 2023


  • Show Abstract
  • Neste trabalho investigamos a dependência com a dimensão do espaço de busca de propriedades
    estatísticas do problema do caminhante aleatório em 1D e 2D realizando uma busca
    por sítios-alvo cuja localização é desconhecida (problema da busca aleatória ou random search).
    Um dos nossos principais objetivos foi analisar se a dimensionalidade do espaço de busca
    tem influência direta no mecanismo que controla alguns parâmetros importantes do sistema.
    Estudamos três quantidades estatísticas (eficiência 𝜂, probabilidades do caminhante encontrar
    o último alvo visitado 𝑃0 e de encontrar os demais sítios 𝑃𝐿 e a entropia de Shannon 𝑆) relevantes
    ao problema da busca aleatória. Utilizando técnicas de Física Estatística conseguimos
    modelar o problema de random search, sendo a nossa principal fonte de inspiração a questão
    ecológica da busca por alimentos feita por várias espécies de animais (problema do foraging).
    Realizamos o estudo descrito para duas distribuições de probabilidades de tamanhos de passos
    do buscador: a distribuição do tipo lei de potência e a distribuição 𝛼-estável de Lévy, com
    0 < 𝛼 ≤ 2. Revisamos para o caso 1D a obtenção de uma expressão analítica para a distância
    média percorrida entre dois encontros sucessivos e consequentemente para a eficiência da
    busca. Além disso, calculamos as probabilidades 𝑃0 e 𝑃𝐿, as quais permitem obter a entropia
    de Shannon 𝑆 associada ao problema. Descobrimos que as probabilidades 𝑃0 e 𝑃𝐿, bem como
    a entropia 𝑆, se comportam em função de 𝛼 de forma bem diferente em uma dimensão e em
    duas dimensões, um resultado surpreendente até então inédito na literatura. Enquanto em 1D
    sempre se tem 𝑃0 ≥ 𝑃𝐿, em 2D ocorre um cruzamento interessante que separa os regimes de
    busca com 𝑃0 > 𝑃𝐿 para os maiores valores de 𝛼 e 𝑃0 < 𝑃𝐿 para os pequenos valores de 𝛼,
    dependendo da distância inicial até o último alvo encontrado. Também obtemos em 2D um
    máximo na entropia 𝑆 para 𝛼 ∈ (0, 2], não observado em 1D, com exceção do limite balístico
    𝛼 → 0. Nosso trabalho aprimora a compreensão do papel relevante da dimensionalidade do
    espaço em buscas aleatórias em diversos contextos, como, por exemplo, no problema das taxas
    de encontro em biologia e ecologia.

8
  • WEMERSON JOSÉ DE SOUSA
  • Influência da temperatura nas propriedades magnéticas de nanopartículas de YIG dopadas e co-dopadas

  • Advisor : EDUARDO PADRON HERNANDEZ
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • BARTOLOMEU CRUZ VIANA NETO
  • EDUARDO PADRON HERNANDEZ
  • JOAO MARIA SOARES
  • MICHAEL CABRERA BAEZ
  • RENE RODRIGUES MONTENEGRO FILHO
  • Data: Jul 7, 2023


  • Show Abstract
  • Neste trabalho foram investigados o comportamento da magnetização de saturação,
    a constante de anisotropia cúbica e o campo de anisotropia em função da
    temperatura, de nanopartículas de YIG dopadas com Zinco, Cobalto, Níquel, Gadolíneo,
    Lantânio e co-dopadas com Gadolíneo e Lantânio. As nanopartículas estudadas possuem
    tamanho entre 40 nm e 121 nm e foram sintetizadas pelo método sol-gel. Foram
    caracterizadas utilizando difração de raios-X (DRX), magnetometria de amostra vibrante
    (VSM) e Physical Property Measurement System (PPMS – Quantum Design, Evercool II
    Model). Com os dados obtidos, foi realizado o ajuste com a lei de "Appproach"adequada
    para obtenção da magnetização de saturação das curvas de histerese em temperaturas
    entre 2K e 300K. Com os dados obtidos através da lei de "Approach"foi possível obter as
    curvas de magnetização de saturação em função da temperatura e verificar o comportamento
    da constante de anisotropia cúbica. Foram observadas mudanças significativas
    nas propriedades magnéticas das amostras com a dopagem, a exemplo, a magnetização
    de saturação do YIG sofreu uma variação de aproximadamente 10 % com a dopagem
    por níquel a 5%. Utilizando uma das propostas de Cojocaru et.al. para o comportamento
    da curva 𝑀𝑆 × 𝑇, foram obtidas curvas da magnetização de saturação em função da
    temperatura. Utilizando os valores retornados dos ajustes por essa proposta, analisamos
    as características estruturais das partículas estudadas, buscando um método de uso
    mais apropriado. Visualizamos o comportamento da constante efetiva de troca com
    a temperatura, que sofreu variações entre 500 k e 9000 K. A proposta de Cojocaru
    se mostrou ser um bom auxílio na interpretação e análise de dados estruturais e de
    magnetização de nanopartículas.

9
  • EMERSON JOSE FREITAS DA SILVA
  • Padrões filotáticos e efeitos de interações de três corpos em agregados coulombianos

  • Advisor : CLECIO CLEMENTE DE SOUZA SILVA
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • ENZO GRANATO
  • ANDREY CHAVES
  • AZADEH MOHAMMADI
  • CLECIO CLEMENTE DE SOUZA SILVA
  • LEONARDO RIBEIRO EULALIO CABRAL
  • Data: Aug 30, 2023


  • Show Abstract
  • Apresentamos nessa tese um estudo sobre a estabilidade mecânica de sistemas de partículas
    clássicas interagentes confinadas por potenciais circularmente simétricos. Primeiramente,
    consideramos o problema de partículas coulombianas armadilhadas por um potencial que reproduz
    dois comportamentos de interesse: para pequenas distâncias, o potencial se comporta
    como um poço harmônico, enquanto que, para longas distâncias, o potencial é especialmente
    desenhado para produzir um perfil de densidade não uniforme mapeada por uma transformação
    conforme. O caso harmônico com interação de pares já foi exaustivamente investigado
    na literatura, especialmente no contexto de um problema clássico de Thomsom, sendo caracterizado
    por distribuições de partículas essencialmente uniformes e pela existência de certos
    números mágicos, nos quais as partículas formam estruturas mais estáveis. Já o caso conforme,
    tem sido investigado apenas recentemente, no contexto de partículas magnéticas confinadas,
    vórtices supercondutores e skyrmions magnéticos. As propriedades das estruturas conformes
    encontradas ainda não são completamente entendidas. Em nosso trabalho com partículas de
    Coulomb, obtivemos configurações de equilíbrio em 𝑇 = 0 a partir de simulações de sistemas
    com número de partículas variado. De todas as configurações encontradas algumas chamam
    atenção pela estrutura simétrica e repetitiva que se assemelham a padrões filotáticos encontrados
    em algumas espécies de plantas, tais como padrões em camadas comensuráveis (decussate,
    tricussate, etc.) e padrões espirais. Observamos que as configurações comensuráveis dominam
    o diagrama de fases quando se aumenta o grau de conformidade do potencial. Analisamos
    em detalhes as propriedades espectrais dos modos elásticos para diferentes intensidades de
    confinamento conforme assim como mudanças estruturais entre as configurações comensuráveis.
    Posteriormente realizamos um trabalho colaborativo em que aplicamos a análise dos
    modos elásticos buscando compreender como os efeitos das interações de três corpos afetam
    a estrutura e estabilidade mecânica de sistemas de partículas clássicas 2D confinadas harmonicamente.
    Analisamos através do espectro de autofrequências quais modos são mais facilmente
    excitados nas proximidades das transições estruturais e de compactação. Um forte aumento
    ocorre nas autofrequências quando o sistema sofre compactação e nas transições estruturais
    ocorrem algumas mudanças descontinuas. Estudamos a metaestabilidade de algumas configurações
    a partir do comportamento da frequência mais baixa diferente de zero, assim como os
    modos associados à essa frequência.

10
  • DANIEL SOUTO MAIOR PIFANO FERREIRA
  • Fenômenos de magnônica e fonônica investigados por espalhamento Brillouin de luz

  • Advisor : SERGIO MACHADO REZENDE
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • ALBERTO PASSOS GUIMARAES FILHO
  • EDUARDO PADRON HERNANDEZ
  • FERNANDO LUIS DE ARAUJO MACHADO
  • ROBERTO LAZARO RODRIGUEZ SUAREZ
  • SERGIO MACHADO REZENDE
  • Data: Sep 28, 2023


  • Show Abstract
  • Durante toda a história da humanidade observa-se a física suscitar o desenvolvimento
    tecnológico e vice-versa. Em 1947 nos laboratórios Bell, durante experimentos em materiais
    semicondutores, foi observado um sinal de saída com intensidade maior em relação ao de
    entrada, quando havia uma junção entre dois materiais. A aplicação desta descoberta foi
    imediata: o transistor. Este dispositivo possibilita o controle da corrente em um par de
    terminais pela aplicação de corrente em outro par. Devido à viabilidade do processo de
    miniaturização em relação às antigas válvulas eletrônicas, os computadores, além de terem
    um crescimento exponencial na sua capacidade de realizar operações de ponto flutuante,
    tiveram uma constante redução no tamanho e no consumo energético. A evolução dos
    processos de litografia e arquitetura dos processadores é capaz de oferecer atualmente
    chips com 20 bilhões de transistores em poucas centenas de mm2, consumo energético
    de duas dezenas de watts e 15 trilhões de operações de ponto flutuante por segundo,
    enquanto um dos primeiros computadores oferecia 500 operações de ponto flutuante por
    segundo em um espaço de 28 m2 e consumindo uma potência de 150 kW. Tal avanço
    tecnológico tem possibilitado o desenvolvimento científico, principalmente no que tange
    a física computacional e da matéria condensada, retroalimentando o ciclo científicotecnológico.
    Nos últimos anos, a contínua digitalização dos processos socioeconômicos
    junto à iminente revolução da inteligência artificial tem demandado um forte aumento na
    escala de armazenamento e processamento de dados. Embora a eletrônica tenha respondido
    a esta demanda, o seu limite tem se aproximado, principalmente quando se considera a
    eficiência energética, fator preponderante para a solvência dos problemas climáticos atuais
    e futuros. Com advento da spintrônica tornou-se possível a utilização concomitante de
    propriedades elétricas e magnéticas. O spin do elétron, antes suprimido na eletrônica,
    passou a ter um papel fundamental no processamento digital devido à sua natureza
    binária. A spintrônica tem tido papel relevante em áreas como computação neuromórfica e
    processamento de sinais, além de aplicações já em estágio comercial, como os cabeçotes
    de leitura de discos rígidos magnéticos e as memórias magnéticas baseadas em efeito
    de spin-torque (STT-MRAM). Aplicações como esta última reduzem em até 85 % o
    tamanho dos processadores atuais e aumentam a vida útil de baterias dos atuais quatro
    dias para duas semanas. Mais atualmente, uma outra área, apelidada de fonônica, tem
    interagido com a spintrônica na tentativa de suscitar novos dispositivos e aproveitar a
    característica de menor amortecimento do fônon, quando comparado ao mágnon. Nesta
    tese foram dadas contribuições para um maior entendimento da dependência da frequência
    de mágnon com a temperatura na granada de ferro e ítrio (Y3Fe5O12-YIG), um material
    chave para a spintrônica devido ao seu baixo amortecimento. Com a renormalização da
    energia de mágnon foi possível explicar corretamente o comportamento da frequência
    de mágnon até a temperatura de Curie do material. Fazendo-se passar uma corrente de 

    carga por uma fita micrométrica de Pt/Ag/Pt sobre um filme de YIG, observou-se a
    emergência de novos sinais no espectro de espalhamento Brillouin de luz. Estes sinais
    foram atribuídos ao efeito de bombeamento de fônons pela corrente de spin injetada pela
    tira do material não magnético. O observado é o recíproco de Onsager: bombeamento
    de corrente de spin por ondas elásticas. Na área dos antiferromagnetos, foram realizadas
    também contribuições com a utilização dos materiais IrMn3, um antiferromagneto não
    colinear com rede de kagome, e arseneto de cobre manganês (CuMnAs), ambos materiais
    promissores na área de exchange-bias e spintrônica de antiferromagnetos em terahertz.
    Houve a obtenção das curvas da relação de dispersão do IrMn3, calculando-se os campos
    de exchange dos acoplamentos ferromagnéticos e antiferromagnéticos, além do campo de
    anisotropia. Sinais de mágnon foram detectados pela primeira vez no CuMnAs e com
    a utilização da frequência estimou-se o seu campo de anisotropia. Por fim, ainda foi
    desenvolvido um instrumento capaz de condicionar amostras em um ambiente à vácuo para
    a realização de espalhamento Brillouin de luz em temperaturas que vão desde próximas ao
    nitrogênio líquido a temperaturas de Néel e de Curie de vários materiais.

11
  • THAIS FELICIANO SILVA
  • Multiple signatures of criticality explored on V1 neuronal activity

  • Advisor : PEDRO VALADAO CARELLI
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • CLECIO CLEMENTE DE SOUZA SILVA
  • FERNANDA SELINGARDI MATIAS
  • MARCELO BUSSOTTI REYES
  • PEDRO VALADAO CARELLI
  • RENE RODRIGUES MONTENEGRO FILHO
  • Data: Nov 30, 2023


  • Show Abstract
  • The hypothesis that the brain self-organizes around a critical point has been under investigation
    for nearly three decades. This notion posits that extensive neuronal populations
    can be effectively examined as many-body systems, characterized by principles from statistical
    physics. According to this analogy, a system near this critical point exhibits certain functional
    advantages, and the brain already exhibits these characteristics, providing support for the
    concept of brain criticality. In other contexts, critical point analysis typically explores the transitions
    between various phases or states of a system, yet the application of this analysis to the
    dynamics of the brain has remained relatively underexplored. In this study, we propose the evaluation
    of three distinct signatures of criticality for different cortical states. We define different
    cortical states based on the level of variability in neuronal population activity, which is closely
    associated with the degree of synchrony among neurons. The criticality indicators demonstrate
    greater significance during moments characterized by intermediate levels of synchronization
    among the neuronal population, as recorded using silicon probes in the visual cortex of anesthetized
    rats. These findings invigorate inquiries into fundamental questions, such as: ’If the
    brain’s dynamics indeed self-organize around a critical point, which brain phases are linked
    to this transition? Is the level of synchrony in neuronal population activity a suitable order
    parameter for characterizing the phase transition associated with the critical point?

12
  • HELENA CHRISTINA PIUVEZAM DE ALBUQUERQUE BASTOS
  • Unconventional Criticality in The Stochastic Wilson-Cowan Model

  • Advisor : MAURO COPELLI LOPES DA SILVA
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • RONALD DICKMAN
  • SILVIO DA COSTA FERREIRA JUNIOR
  • ERNESTO CARNEIRO PESSOA RAPOSO
  • MAURO COPELLI LOPES DA SILVA
  • PAULO ROBERTO DE ARAUJO CAMPOS
  • Data: Dec 15, 2023


  • Show Abstract
  • The Wilson-Cowan model serves as a classic framework for comprehending the collective
    neuronal dynamics within networks comprising both excitatory and inhibitory units. Extensively
    employed in literature, it facilitates the analysis of collective phases in neural networks at a
    mean-field level, i.e., when considering large fully connected networks. To study fluctuationinduced
    phenomena, the dynamical model alone is insufficient; to address this issue, we need
    to work with a stochastic rate model that is reduced to the Wilson-Cowan equations in a
    mean-field approach. Throughout this thesis, we analyze the resulting phase diagram of the
    stochastic Wilson-Cowan model near the active to quiescent phase transitions. We unveil eight
    possible types of transitions that depend on the relative strengths of excitatory and inhibitory
    couplings. Among these transitions are second-order and first-order types, as expected, as
    well as three transitions with a surprising mixture of behaviors. The three bona fide secondorder
    phase transitions belong to the well-known directed percolation universality class, the
    tricritical directed percolation universality class, and a novel universality class called “Hopf
    tricritical directed percolation", which presents an unconventional behavior with the breakdown
    of some scaling relations. The discontinuous transitions behave as expected and the hybrid
    transitions have different anomalies in scaling across them. Our results broaden our knowledge
    and characterize the types of critical behavior in excitatory and inhibitory networks and help us
    understand avalanche dynamics in neuronal recordings. From a more general perspective, these
    results contribute to extending the theory of non-equilibrium phase transitions into quiescent
    or absorbing states.

13
  • ANDRÉ CHAVES AZEVEDO SIQUEIRA
  • Formação e dinâmica de sólitons ultracurtos e desenvolvimento de fontes pulsadas no infravermelho

  • Advisor : EDILSON LUCENA FALCAO FILHO
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • EDILSON LUCENA FALCAO FILHO
  • DANIEL FELINTO PIRES BARBOSA
  • LUCIO HORA ACIOLI
  • ANA MARIA DE PAULA
  • WALTER MARGULIS
  • Data: Dec 21, 2023


  • Show Abstract
  • Com base em soluções numéricas da equação não linear de Schrödinger generalizada, apresentamos um método para gerar múltiplos sólitons ultracurtos a partir de um único pulso de entrada. Para isso, é necessário que o pulso propague em dois guias de ondas no regime de dispersão normal, onde o primeiro possui um índice de refração não linear positivo (n2 > 0), enquanto que o segundo meio possui um n2 < 0. Desta forma, ao longo do segundo meio, pares de sólitons temporais são gerados nas bordas do pulso, e, em seguida, em regiões temporais mais próximas do centro do pulso. Denominamos este processo como Compressões Temporais Múltiplas (MTC), com destaque para o controle do número de sólitons gerados, baixo ruído na geração solitônica e promoção de configurações que promovem eventos de colisões solitônicas. Além de abordar o método MTC, observamos sólitons de segunda ordem com comportamento pendular, revelando uma dinâmica temporal pouco conhecida na literatura. Neste caso, além dos ciclos de dominância da automodulação de fase e da dispersão da velocidade de grupo, típicos do sóliton de segunda ordem, um comportamento pendular solitônico foi observado. Este comportamento pendular exibe uma dinâmica mais lenta do que os ciclos de oscilações típicas dos sólitons de segunda ordem. Em particular, foi verificado que o termo de dispersão de terceira ordem seria o principal responsável por esta dinâmica pendular. Por fim, na parte final desta tese é discutida o desenvolvimento de duas fontes de pulsos ultracurtos no infravermelho baseadas em amplificadores paramétricos ópticos não colineares (noncollinear optical parametric amplification, NOPA). Na primeira delas foram gerados pulsos sintonizáveis no infravermelho próximo (1200 nm – 2100 nm) através da geração de diferença de frequência entre os dois NOPAs, um deles operando fixo em 965 nm e o outro sintonizável na região do visível (500 nm – 700 nm). Após o processo de diferença de frequência, um terceiro NOPA foi montado para aumentar a energia dos pulsos no IR. Este sistema possui a capacidade de suportar pulsos com poucos ciclos ópticos e com a fase da envoltória portadora autoestabilizada. A segunda fonte desenvolvida no infravermelho explorou o processo MTC para produzir um supercontínuo com espectro contendo comprimentos de onda do visível até 2200 nm. O meio de 𝑛2 < 0, crítico para o MTC, foi obtido através de processo não linear de segunda ordem em cascata num cristal de BBO. Nenhum processo de filamentação foi observado no meio ativo, formado pelo conjunto de materiais autofocalizador e autodesfocalizador. Em seguida, o supercontínuo obtido por MTC, usado como semente, foi amplificado em um NOPA desenvolvido para operar em condições de degenerescência o que garantiu a amplificação em uma grande faixa espectral em torno de 1600 nm.

2022
Dissertations
1
  • ÍRIO MENEZES RODRIGUES COUTINHO ABREU
  • Instabilidades Hidrodinâmicas em Células de Hele-Shaw: Análise Fracamente Não Linear de Terceira Ordem

  • Advisor : JOSE AMERICO DE MIRANDA NETO
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • PAULO ROBERTO DE SOUZA MENDES
  • ANTONIO MURILO SANTOS MACEDO
  • JOSE AMERICO DE MIRANDA NETO
  • Data: Jan 27, 2022


  • Show Abstract
  • A instabilidade de Saffman-Taylor ocorre na geometria efetivamente bidimensional de uma célula de Hele-Shaw, constituída de duas placas paralelas de vidro, apresentando um pequeno espaçamento entre elas. Nesta célula, quando um fluido menos viscoso é injetado em um mais viscoso, formam-se saliências em forma de ”dedos” na interface que os separa. Nesta dissertação, estudamos diversos sistemas relacionados ao clássico problema de Saffman-Taylor. No primeiro deles, usamos a análise de estabilidade linear e o cálculo variacional para determinar duas taxas de injeção dependentes do tempo: uma para de controlar as instabilidades na interface e outra que predetermina o número de dedos emergentes. Ambas situações consideram um fluido não newtoniano cuja viscosidade aumenta com o tempo, contribuindo para uma maior estabilização da interface, acrescentando tal complexidade à estudos recentes, que consideraram apenas fluidos newtonianos. Validamos a eficácia destas taxas de injeção através de um esquema perturbativo de modos acoplados em terceira ordem. Em seguida, estudamos a ocorrência de trifurcações de um dedo viscoso, na qual uma saliência se divide em três, que é um fato observado em experimentos e ainda não estudado teoricamente. Para realizar tal estudo, consideramos a presença de estresses viscosos normais e analisamos o sistema teoricamente por um esquema perturbativo, detectando trifurcações em estágios fracamente não lineares. Procedemos para o estudo da morfologia e comportamento dinâmico da interface que separa uma amostra de fluido magnético (ferrofluido) de um fluido não magnético em uma célula de Hele-Shaw radial, quando campos magnéticos radiais e azimutais são aplicados. Empregamos simulações numéricas fortemente não lineares e métodos perturbativos para entender como o sistema responde a mudanças na viscosidade dos fluidos e na intensidade dos campos magnéticos. Além disso, investigamos a possibilidade da interface chegar a um estado estacionário, no qual o padrão formado rotaciona, sem mudar sua forma. Por fim, estudamos instabilidades magnetoelásticas em células de Hele-Shaw retangulares horizontais e verticais. Estas instabilidades ocorrem quando dois fluidos (um dos quais é um ferrofluido), ao se tocarem, geram uma reação química formando uma interface elástica. Levamos em conta complicados efeitos de campo de demagnetização e de rigidez dependente da curvatura para obter padrões representativos das instabilidades de interface que ocorrem em tais sistemas.

2
  • PEDRO OSCAR SOUZA LIVERA
  • Instabilidades de interface magneticamente induzidas em um anel de ferrofluido

  • Advisor : JOSE AMERICO DE MIRANDA NETO
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • JOSE AMERICO DE MIRANDA NETO
  • LUIZ FELIPE CAVALCANTI PEREIRA
  • RAFAEL MENEZES DE OLIVEIRA
  • Data: Jan 28, 2022


  • Show Abstract
  • Investigamos o comportamento de um anel de ferrofluido viscoso
    circundado por dois fluidos não magnéticos e confinado numa
    célula de Hele-Shaw. Neste contexto, analisamos a aplicação de
    duas configurações de campo de campo magnético externo: (i)
    primeiramente a ação de um campo magnético radial e em seguida
    (ii) a aplicação combinada de um campo radial e outro azimutal. A
    dinâmica da formação de padrões no anel de ferrofluido é
    determinada pela interação de forças magnéticas e de tensão
    superficial nas suas interfaces interna e externa, gerando um
    acoplamento não trivial entre elas. Utilizamos uma teoria
    perturbativa de modos acoplados para investigar os estágios linear
    e fracamente não linear da evolução dinâmica do anel. Nossos
    resultados indicam que as interfaces são acopladas já a âmbito
    linear, onde o crescimento de perturbações em uma interface do
    anel, pode induzir deformações na outra interface. Além disso,
    nossa análise fracamente não linear de segunda ordem permite
    extrair importantes aspectos morfológicos do sistema anular,
    revelando, para as duas configurações de campo estudadas, a
    formação de padrões estacionários apresentando dedos
    pontiagudos em suas extremidades. A atuação simultânea dos dois
    campos (radial e azimutal) faz com que o anel de ferrofluido gire,
    com uma velocidade angular controlada por estes campos. Esta
    rotação induzida magneticamente faz com que os dedos
    pontiagudos sejam “entortados”, desviando-se lateralmente. Para
    as duas configurações de campo, exploramos também a resposta do
    sistema anular à variações na espessura do anel, intensidade
    relativa das forças magnéticas e de tensão superficial e na
    suscetibilidade magnética do ferrofluido.

3
  • JEAN FELIPE OLIVEIRA DA SILVA
  • Ferromagnetic Resonance by micromagnetic simulation in hollow pillars

  • Advisor : EDUARDO PADRON HERNANDEZ
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • EDUARDO PADRON HERNANDEZ
  • RENE RODRIGUES MONTENEGRO FILHO
  • ROBERTO LAZARO RODRIGUEZ SUAREZ
  • Data: Feb 22, 2022


  • Show Abstract
  • Neste trabalho foi analisado, por meio de simulação computacional, estruturas unitárias de nanopilar e arranjos de nanopilares. O estudo foi feito utilizando o simulador Oriented Object Micromagnetic Framework (OOMMF) utilizando o Método de Diferenças Finitas (MDF) para simular Ressonância Ferromagnética nos sistemas estudados. Os nanopilares quadrados de Níquel possuem comprimento lateral D = 30 nm e altura L = 120 nm. Também foi variado o tamanho da cavidade interna neste sistema, com valores de d = 0 nm (pilar sólido), d = 10 nm e d = 20 nm. Para o estudo dos arranjos de pilares, estes foram dispostos em uma matriz 3x3. Além de herdar as características de variação da cavidade, cada pilar possuía uma distância inicial de a-D = 5 nm entre seus vizinhos. Esta distância foi alterada para a-D = 10 nm, a-D = 20 nm e a-D = 50 nm para analisar a influência nas interações dipolares deste sistema. Foi considerado a interação Zeeman ao incidir um campo magnético externo na superfície. Devido a geometria deste sistema, o campo de anisotropia HA foi estudado para cada sistema de nanopilar. O modelo teórico para ajuste dos nossos parâmetros e análise do campo de anisotropia foram as equações de Kittel. Foram estudados para os pilares unitários as frequências de pico principal e secundário, a fim de obter informações sobre o campo de anisotropia da amostra. Para os picos primários, comparando com trabalhos da literatura notou-se que a resposta de ressonância ferromagnética vinha das laterais da estrutura no eixo z, nos picos secundários, os valores de HA para campo perpendicular possuem grandes divergências de acordo com o modelo. Também foi possível observar que o ajuste para o campo de anisotropia melhora quão maior for d. Devido as análises feitas para pilares unitários, não foram analisados os picos secundários para arranjos de pilares. Para os picos primários com campo perpendicular aplicado, foi observado que as equações de Kittel para ressonância ferromagnética não ajustam corretamente os valores de $H_A$. Na análise dos campos paralelos, procurou-se analisar a influência dos pilares vizinhos no valor de $H_A$. Utilizou-se um modelo considerando o fator de empacotamento do sistema. Neste modelo, foi comparado quando considera-se a cavidade no centro dos pilares e supondo-os pilares sólidos. A partir de comparação com resultados na literatura, o fator de empacotamento que melhor descreveu o sistema foi o primeiro, pois é adicionado mais efeitos dipolares ao sistema.

4
  • ALISSON DOUGLAS MOTA DE LIMA
  • OSCILAÇÃO LASER VIA GANHO ÓTICO MAGNETICAMENTE ASSISTIDO EM
    ÁTOMOS FRIOS

  • Advisor : JOSE WELLINGTON ROCHA TABOSA
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • ROMAIN PIERRE MARCEL BACHELARD
  • DANIEL FELINTO PIRES BARBOSA
  • JOSE WELLINGTON ROCHA TABOSA
  • JOAO CARLOS DE AQUINO CARVALHO
  • Data: Feb 24, 2022


  • Show Abstract
  • Sistemas atômicos coerentemente preparados podem dar origem a fenômenos
    interessantes e inesperados como, por exemplo, a transparência eletromagneticamente
    induzida (EIT). Em tal fenômeno, um meio absorvente pode se tornar transparente
    mediante uma interação coerente com campos de radiação laser. Este efeito pode ser
    interpretado como a criação de uma superposição coerente dos níveis atômicos
    fundamentais que não é acoplada ao estado excitado pelos campos incidentes. Em
    publicação recente, foi investigado o fenômeno de EIT na presença de um campo
    magnético dc externo e foi demonstrado que este sistema além de cancelar a absorção
    do feixe de prova pode também amplificar o feixe de prova incidente levando a um
    novo mecanismo de ganho. No presente trabalho estendemos a investigação deste
    mecanismo de ganho explorando o efeito de uma cavidade óptica no aumento do ganho
    e finalmente alcançando a oscilação laser em tal sistema. O experimento é realizado
    com átomos frios de césio obtidos a partir de uma armadilha magneto-óptica (MOT).
    Usamos os subníveis Zeeman da transição cíclica do césio, que é excitado por dois
    feixes coerentes, o feixe de controle e o feixe de prova com polarizações circulares e
    opostas, na presença de um campo magnético dc externo. Este sistema pode produzir
    ganho óptico de passagem única da ordem de 80-100% para valores moderados do
    campo magnético e potência do feixe de controle. Em um primeiro conjunto de
    medições, foi investigado o aumento do ganho produzido por uma cavidade óptica em
    anel com diferentes perdas e finesses. Para uma cavidade de baixa finesse com um
    espelho de refletividade R = 70% medimos a amplificação do feixe de prova para
    diferentes parâmetros experimentais e um aumento da ordem de 14 vezes no ganho
    ótico foi observado. Além disso, atingimos a oscilação laser quando uma cavidade
    óptica de alta finesse com espelho de refletividade R = 99,9% foi usada. Neste caso,
    mesmo quando o feixe de prova incidente é bloqueado, a auto-oscilação do sistema é
    observada quando a cavidade é sintonizada em sua frequência de ressonância. Estas
    observações constituem uma demonstração de um novo sistema de laser operando em
    átomos frios e na apresentação iremos discutir suas possíveis aplicações.

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  • RICARDO DE LIMA SILVEIRA
  • Confinement induced variation of the power-law decay of the order parameter in the low-temperature proximity effect

  • Advisor : MIHAIL CROITORU
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • NATALIA PUGACH
  • ANTONIO RODRIGUES DE C.ROMAGUERA
  • JOSE ALBINO OLIVEIRA DE AGUIAR
  • MIHAIL CROITORU
  • Data: Mar 21, 2022


  • Show Abstract
  • This thesis aims to investigate how the proximity effect is affected by the quantum confinement
    of charge carriers. This phenomenon, which consists essentially in the diffusion of superconducting
    correlations into a non-superconducting metal, has been widely studied over several
    decades, but not so much in the regime in which the quantum confinement of electrons affects
    the properties of the system. We aim, more specifically, to determine the functional form for
    the decay of the pair amplitude in cylindrical nanowires of normal metals in the ballistic limit
    and at zero temperature. It is known that quantum confinement leads to fluctuations in the
    values of superconducting quantities, such as the energy gap. This can be expected to affect
    how strongly the wave function of an electron pair decays in the normal metal. To investigate
    this problem, we solve the Bogoliubov-de Gennes equations self-consistently in nanowires with
    different diameters. Based on the literature on the proximity effect at low temperatures in
    clean metals, we model the behavior of the superconducting correlations in the normal metal
    by an inverse power law decay, with exponent 𝛼. The value of this parameter is extracted from
    the data obtained numerically for each diameter. We found that this parameter follows an
    oscillatory pattern whose peaks and valleys correspond to those observed in the energy gap.

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  • MATHEUS DE ARAÚJO SARMENTO
  • Introduction to superconductivity and self-duality as a cooperation mechanism to complexity emergence

  • Advisor : ERNESTO CARNEIRO PESSOA RAPOSO
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • ERNESTO CARNEIRO PESSOA RAPOSO
  • LEONARDO RIBEIRO EULALIO CABRAL
  • ALEXEI VAGOV
  • IVAN LARKIN
  • ARKADY SHANENKO
  • Data: Mar 23, 2022


  • Show Abstract
  • Initially we conduct a review of superconductivity and examine a variety of topics, including the Fermi-Landau theory, the generic Landau theory of phase transition with a focus on Ginzburg-Landau, the Fhrölich model, Bardeen-Cooper-Schrieffer, and Bogoliubov theories, as well as their connection to collective coherent Glauber states. We establish the connection between microscopic theories and GL, a result pioneered by Gor’kov, and recent developments in the Extended Ginzburg-Landau theory by A.Shanenko and A.Vagov et al. - a step beyond Gor’kov, providing a self-consistent expansion valid further away from the critical temperature. These results are reproduced by formulating an alternative time-saving method for computing higher-order Landau theories of superfluid phase transition (in the absence of the induction field coupling). This is accomplished through the formulation of a diagrammatic dictionary and a concise collection of rules. The primary original contribution of this work, though, is the description of novel semi-analytic solutions to the self-dual superconducting solutions at the Bogomol’nyi point (𝜅 = 1/√2) and their correspondence to the appearance of patterns similar to those in U.Krägeloh’s (1969) pioneering measurement in "Flux line lattices in the intermediate state of superconductors near 𝜅 = 1/√2". The semi-analytic solutions are coined stripe, bubble and donut. They exhibit stable thermodynamics beyond 𝜅 = 1/√2, in the ‘intertype’ domain, as we predict from the Extended Ginzburg Landau theory. We observe the results in the timedependent Ginzburg-Landau model starting from configurations similar to the semi-analytic solutions as ab initio ansatz. The time-evolved solutions qualitatively coincide with Krägeloh’s experimental results. The obtained results allow us to cast doubt on a widely accepted view of how complexity develops. We present a phenomenology in which ’cooperation’ rather than ’competition’ is the appropriate keyword for justifying the complexity emergence.

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  • POLLYANNA MICHELLE PIRES DE ALENCAR
  • Automodulação de Fase Espacial em Solventes Orgânicos

  • Advisor : LEONARDO DE SOUZA MENEZES
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • ALBERT STEVENS REYNA OCAS
  • ANDERSON STEVENS LEONIDAS GOMES
  • LEONARDO DE SOUZA MENEZES
  • Data: Mar 29, 2022


  • Show Abstract
  • As propriedades ópticas não lineares dos materiais podem ser caracterizadas com base nos efeitos decorrentes de suas interações com feixes de luz suficientemente intensos, sendo fundamentais para o desenvolvimento de aplicações tecnológicas. Dentre os fenômenos da óptica não linear, a automodulação de fase depende da intensidade do próprio feixe que se propaga em um meio não linear, podendo gerar efeitos espaciais e espectrais. Este fenômeno é observado tanto em feixes de luz pulsada quanto contínua, sendo descrito a partir de alterações não lineares no índice de refração, que podem ter origens diversas. Neste trabalho, revisitamos a propagação óptica não linear de um feixe de laser pulsado (∼100 fs) com alta taxa de repetição (50 MHz) através de solventes orgânicos como álcoois, acetonitrila e tolueno, em região espectral de absorção linear distinta para os diferentes materiais (1560 nm). Neste contexto, a relaxação térmica do sistema é desfavorecida devido à alta taxa de repetição do laser, gerando efeitos térmicos que não podem ser desprezados, enquanto os pulsos ultracurtos possibilitam a observação de fenômenos não lineares de origem eletrônica. Como o índice de refração (𝑛) de um material é função de diversos parâmetros experimentais incluindo a temperatura, o aquecimento do meio utilizando um feixe com intensidade 𝐼 é capaz de gerar modificações não lineares em 𝑛 análogas às decorrentes do Efeito Kerr óptico (Δ𝑛 ∝ 𝐼), podendo causar confusões quanto à origem das não linearidades observadas. O principal objetivo deste trabalho é estudar o índice de refração não linear efetivo (𝑛2,𝑒𝑓 𝑓 ) em experimentos de automodulação de fase espacial nos solventes orgânicos mencionados, a fim de esclarecer suas origens, que mostramos ser predominantemente térmicas. Em uma etapa posterior, estes resultados serão confrontados com resultados teóricos baseados na integral de Fresnel-Kichhorff para a difração e na equação não linear de Schrödinger. Com isso, teremos a oportunidade de reparar equívocos recorrentes na literatura, como recentemente esclarecido para o etanol.

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  • MATHEUS FAIRBANCKS DA SILVA
  • RESSONÂNCIA FERROMAGNÉTICA DE BANDA LARGA PARA O ESTUDO DE RELAXAÇÃO EM
    NANOESTRUTURAS MAGNETICAS

  • Advisor : EDUARDO PADRON HERNANDEZ
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • EDUARDO PADRON HERNANDEZ
  • MICHAEL CABRERA BAEZ
  • JOAO MARIA SOARES
  • JOAQUIM BONFIM SANTOS MENDES
  • Data: Apr 28, 2022


  • Show Abstract
  • Desde sua descoberta nos anos de 1930, o fenômeno de ressonância ferromagnética (FMR)
    tornou-se uma ferramenta extremamente importante na área de física da matéria condensada,
    ainda mais para o magnetismo, sendo no últimos anos utilizado para estudo de áreas emergentes
    da física como a spintrônica e a magnônica. Devido à sua importância, diferentes
    montagens experimentais foram desenvolvidas para o estudo deste fenômeno. Este trabalho
    tem o objetivo de montar e validar a técnica de ressonância ferromagnética de banda larga
    utilizando o analisador de redes vetorial (VNA). Para a montagem experimental foi utilizado
    o KEYSIGHT ENA Network Analyzer E5063A, que permite variar a frequência num intervalo
    considerável (100MHz - 18GHz), ligado à uma guia de onda coplanar (CPW). Neste trabalho
    é inicialmente apresentado os fundamentos básicos da teoria de ressonância ferromagnética,
    mostrando teoricamente como as frequências de ressonância são obtidas. Em seguida são mostradas
    noções experimentais necessárias para a realização do trabalho. A seguir são descritas
    as técnicas de produção da amostras utilizadas, o método sol gel e o método de eletrodeposição,
    e a montagem do experimento, assim como o método utilizado para aquisição de
    dados e obtenção de informações. Para validação da montagem, foram feitas medidas de FMR
    em diferentes materiais que já haviam sido caracterizados pela mesma técnica, utilizando uma
    diferente motangem, comparando-se os resultados dos parâmetros obtidos nas diferentes montagens.
    Com as informações adquiridas foram feitos estudos do efeito de desmagnetzação e
    do campo de anisotropia dos nanofios.

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  • JOSÉ MÁRIO DA SILVA FILHO
  • Numerical determination of local models in networks

  • Advisor : FERNANDO ROBERTO DE LUNA PARISIO FILHO
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • RAFAEL LUIZ DA SILVA RABELO
  • FERNANDO ROBERTO DE LUNA PARISIO FILHO
  • NADJA KOLB BERNARDES
  • Data: May 13, 2022


  • Show Abstract
  • Taking advantage of the fact that the cardinalities of hidden variables in network scenarios can be taken to be finite without loss of generality, a numerical tool for finding explicit local models that reproduce a given statistical behaviour was developed. The numerical procedure was then applied to get numerical estimates to two interesting problems in the context of network non-locality: i) for which critical visibility the GHZ distribution ceases to be local in the triangle scenario with no inputs; ii) what is the boundary of the local set in a given 2-dimensional slice of the probability space for the bilocal network with binary inputs and outputs.

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  • DIEGO ENRRIQE SALDANHA BAUTISTA
  • Modos Magnetostáticos em uma Esfera Ferromagnética Oca

  • Advisor : EDUARDO PADRON HERNANDEZ
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • AZADEH MOHAMMADI
  • EDUARDO PADRON HERNANDEZ
  • ROBERTO LAZARO RODRIGUEZ SUAREZ
  • Data: Jun 17, 2022


  • Show Abstract
  • Neste estudo são calculados os modos magnetostáticos de uma esfera oca ferromagnética, onde temos como base otrabalho do R.Plumier, pois para obter a relação de dispersão nesta geometria precisamos reescrever os potenciaismagnetostáticos e aplicar os polinômios associados de Legendre. A equação característica está em função dosparâmetros 𝜅, 𝜈 e dos modos magnetostáticos indexados por (𝑙, 𝑚, 𝑟 = cos 𝜃0), que estão relacionados com ospolinômios associados de Legendre e o (cos 𝜃 0 ) advindo do grau de liberdade da condição de contorno.Provamosque quando o raio interno, 𝑟 1 = 0, a equação característica da esfera oca ferroMagnética se iguala à da esfera sólidaferromagnética obtida por R.Plumier para os casos 𝑙 = 𝑚 + 𝑖, sendo 𝑖 = 0, 1, 2, 3, 4.... Para as magnetizações 𝑚 𝑥 ,𝑚 𝑦 , da esfera oca quando o raio interno 𝑟 1 é nulo encontramos os mesmos resultados das componentes damagnetização obtidas por R.Plumier. Analisamos as semelhanças com o trabalho de McKeever, no qual é realizadasimulações micromagnéticas em uma esfera oca ferromagnética nanométrica que está sendo excitada com um pulsogaussiano, por serem nanoesferas ocas os termos de energia de troca entre vizinhos mais próximos, energiaanisotropia magnetocristalina cúbica, energía de zeeman, energía magnetostática e o parâmetro de amortecimento 𝜆da equação de Landau-Lifshitz são levados em conta na formulação do problema. É realizada uma análiseTopológica do comportamento dessas magnetizações dentro da esfera oca, fazendo comparações com o trabalho doVolodymyr P. Kravchuk de 2016, onde é possível obter soluções em Skyrmion para alguns casos. Os casosparticulares onde é colocado um PEC (Condutor Perfeitamente Elétrico) e um dielétrico dentro da esfera oca sãoestudados usando mudanças nas condições de contorno do problema e teoria de perturbação.

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  • GUSTAVO GAMA CAMBRAINHA DE ALBUQUERQUE DIAS
  • Dinâmica de Pêndulos de Huygens

  • Advisor : JOSE ROBERTO RIOS LEITE
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • ANTONIO AZEVEDO DA COSTA
  • HUGO LEONARDO DAVI DE SOUZA CAVALCANTE
  • JOSE ROBERTO RIOS LEITE
  • Data: Jun 28, 2022


  • Show Abstract
  • Caos transiente devido a fraca dissipação em sistemas dinâmicos amiltonianos vêm sendoestudados visando a compreensão de muitos sistemas naturais na física, biologia, economia e astronomia. Nesta dissertação vamos apresentar um estudo de osciladores acoplados na configuração de pêndulos seus eixos fixos a uma estrutura rígida e livre para mover-se horizontalmente. Nomeamos este conjunto de osciladores de pêndulos de Huygens, motivados pelo sistema de relógios originalmente descrito por Christiaan Huygens no século XVII, onde ele observou pela primeira vez o fenômeno de sincronização. Avaliamos então a dinâmica a partir de condições iniciais com altas velocidades angulares nos pêndulos, também consideramos os efeitos dissipativos de atrito. Ao realizar esta evolução no tempo percebemos que o sistema apresenta instabilidades devido à tendência de sincronização dos pêndulos entre si. Estas instabilidades apresentam-se na forma de bifurcações com regiões de quasi-periodicidade transiente assim como de caos transiente. Os cálculos numéricos são realizados seguindo a trajetória do sistema para analisar o papel das dissipações nestas instabilidades, assim como procuramos entender como o parâmetro de acoplamento dos pêndulos afeta os comportamentos observados. Calculamos numericamente o máximo expoente de Lyapunov de tempo finito ao longo de trajetórias típicas. Vemos que é possível obter valores positivos para algumas das regiões observadas, servindo de forte indicativo de caos nestas regiões, em particular o tipo de caos denominado de duplamente transiente. Nossas escolhas de parâmetros para as equações tratadas numericamente foram feitas baseadas em observações qualitativas de um sistema experimental montado em laboratório.

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  • FILIPE RODRIGUES DA SILVA
  • CANONICAL QUANTIZATION OF GENERAL RELATIVITY WITH APPLICATION TO THE SCHWARZSCHILD BLACK HOLE

  • Advisor : SHAHRAM JALALZADEH
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • SHAHRAM JALALZADEH
  • AZADEH MOHAMMADI
  • CARLOS AUGUSTO ROMERO FILHO
  • Data: Jul 21, 2022


  • Show Abstract
  • This dissertation aims to discuss the canonical quantization of general relativity and
    apply it to the Schwarzschild black hole, and thus it can be divided into two main parts.
    To implement this quantization process, it is essential to obtain a Hamiltonian for the
    gravitational field, and a variational formulation of general relativity becomes necessary.
    With the Hamiltonian in hand, we can define the mass of spacetime and, with it, the
    gravitational ADM action. The system constraints are obtained by using the Dirac–
    Bergmann algorithm, and the quantization then proceeds in the usual way, changing
    the nature of the canonical variables by promoting them to operators. In the quantum
    theory, such constraints become conditions on the state vector of the system, whose wave
    function satisfies the Wheeler–DeWitt equation. In the case of the Schwarzschild black
    hole, we only have the degree of freedom given by its mass. Therefore, we are dealing
    with an effectively one-dimensional system whose wave function is a linear combination of
    confluent hypergeometric functions and whose mass spectrum derives from the appropriate
    boundary condition. In this scenario, the transition between states is responsible for the
    emission of Hawking radiation, and the temperature of the black hole is obtained through
    the Stefan–Boltzmann law.

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  • ALLISON RODRIGO PESSOA DA SILVA
  • Spatial, spectral, and time-resolved characterization of single upconverting particles for micro- and nanothermometry

  • Advisor : ANDERSON MONTEIRO AMARAL
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • ANDERSON MONTEIRO AMARAL
  • MARCIO ANDRE RODRIGUES CAVALCANTI DE ALENCAR
  • MICHAEL CABRERA BAEZ
  • Data: Aug 18, 2022


  • Show Abstract
  • The scientific community is increasingly looking deeper at phenomena in the micro and nanoscale. The miniaturization of electronic circuitry, biological and medical tools, and communication devices demands investigations at this level. Particularly, sensing temperature at submicron scales is crucial to analyzing numerous physical-chemical processes. To this end, lanthanoid ions doped in solid-state matrices are of special interest because of their unique optical properties. However, to indeed achieve high spatial resolutions, the single-particle measurement level must be employed, which brings many physical and instrumental artifacts that can disturb the thermal response of such systems. This work aims to characterize experimentally and theoretically single particles of NaYF4: Yb3+/Er3+ as thermometers and also to investigate the role of physical and instrumental parameters affecting the measurement readouts. The experimental investigations involved spectral measurements, Scanning Probe Microscopy characterization, and luminescence time-resolved analysis. In particular, the hyperspectral imaging technique is employed to investigate the thermal response of different groups of ions inside a single particle. Computationally, it is employed algorithms to simulation the electronic population dynamics during light-matter interaction. This allows to test and further predict the behavior of lanthanoid systems to thermometry. The results discussed in this work can help understand more closely the internal and external factors interfering with the reliability of single micro and nanothermometers and establish a new method of surface effects analysis.
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  • GABRIEL PEREIRA SOUZA DA SILVA
  • Novo design para armadilhas magneto-óticas alinhadas por construção

  • Advisor : DANIEL FELINTO PIRES BARBOSA
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • DANIEL FELINTO PIRES BARBOSA
  • SANDRA SAMPAIO VIANNA
  • PHILIPPE WILHELM COURTEILLE
  • Data: Sep 22, 2022


  • Show Abstract
  • Neste trabalho, será apresentado todo o processo de planejamento e construção de uma
    armadilha magneto-ótica (AMO) para o laboratório de Redes Quânticas do Departamento
    de Física (DF) da Universidade Federal de Pernambuco (UFPE). Para este projeto,
    proporei um novo design para AMOs, cujos sistemas magnético e ótico foram desenhados
    e montados de forma a estarem conectados em uma única estrutura e alinhados desde a
    sua construção. Para possibilitar essa integração, construí um par de bobinas de
    armadilhamento, cuja estrutura se conecta às montagens óticas para os feixes de
    armadilhamento e rebombeio através de hastes fixas, resultando em uma jaula. Após a
    montagem da estrutura magneto-ótica, foi realizada a construção do sistema de vácuo,
    onde foi incluído o sistema de liberação de átomos de Rubídio 87 na câmara de vidro para
    serem aprisionados. Em seguida, foi montado o sistema para a separação dos feixes que
    se conectam aos colimadores da estrutura principal, e foram realizados os ajustes de suas
    polarizações. Por fim, ao ligar o sistema pela primeira vez, obtive sucesso em observar
    uma nuvem de átomos aprisionados sem a necessidade de ajustes ou estruturas adicionais
    para o alinhamento do sistema.

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  • JEFFERSON LIMA COSTA
  • Estudos de relaxação magnética em filmes de Fe75Co25 com forte anisotropia induzida.

  • Advisor : ANTONIO AZEVEDO DA COSTA
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • ANTONIO AZEVEDO DA COSTA
  • EDUARDO PADRON HERNANDEZ
  • JOAQUIM BONFIM SANTOS MENDES
  • Data: Sep 27, 2022


  • Show Abstract
  • Nesta dissertação investigamos propriedades estáticas de dinâmicas de filmes de FeCo crescidos pela técnica de sputtering. Os filmes foram crescidos inclinados em relação à direção de deposição. Esta técnica induz microestrutura inclinada que leva ao aparecimento de uma anisotropia uniaxial muito forte no plano da amostra. O ângulo de inclinação usado no processo de deposição variou de 0o a 50o, com intervalos de 5o. Utilizamos a técnica de ressonância ferromagnética para investigar a dependência angular do campo de ressonância e da largura de linha para cada amostra. Os dados experimentais foram analisados com base em um modelo fenomenológico que leva em consideração a energia livre magnética. O modelo permite ajustar a dependência angular do campo de ressonância e largura de linha. A partir dos ajustes extraímos os seguintes parâmetros físicos: fator de Landé, campos de anisotropia no plano e perpendicular ao plano, etc. Também uma investigação preliminar de curvas de magnetorresistência anisotrópica que também foram analisadas pelo mesmo modelo fenomenológico.

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  • KACIO REINALDO CORREIA SANTOS DE MELLO
  • Investigação de fenômenos spintrônicos: desvendando o fluxo de corrente de spin em camadas de Bi e montagem de epitaxia em fase líquida

  • Advisor : ANTONIO AZEVEDO DA COSTA
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • ANTONIO AZEVEDO DA COSTA
  • ERNESTO CARNEIRO PESSOA RAPOSO
  • ROBERTO LAZARO RODRIGUEZ SUAREZ
  • Data: Oct 26, 2022


  • Show Abstract
  • Neste trabalho investigamos heteroestruturas de YIG/Bi e YIG/Bi/HM, com HM sendo Pt ou W, onde verificamos que as camadas de bismuto possuem uma conversão spin-carga desprezível. Nossos resultados coincidem com o trabalho de Di Yue et al. [APL Materials, AIP Publishing LLC, v. 9, n. 5, p. 050904, 2021], que reportou resultados obtidos com a técnica de spin Seebeck. Ambos os trabalhos esclarecem contradições existentes na literatura. Com a técnica de bombeamento de spins (spin pumping) descobrimos que a intensidade da corrente elétrica produzida no HM decai com o aumento da espessura do Bi. Desse modo, baseado num modelo estocástico não linear de difusão de spin, é proposto que o Bi atue como um classificador binário devido à sua forte resposta diamagnética. Paralelamente, fabricamos um sistema de epitaxia em fase líquida (LPE) para produção de granadas de ferro e ítrio (YIG). Nesta dissertação apresentamos todas as etapas da construção do LPE, com exceção do controle da temperatura, que vão desde a fabricação do forno ao desenvolvimento de um sistema lógico de automação de motores e sensores. Também mostramos as ferramentas necessárias para operação do LPE que foram confeccionadas durante este trabalho. Ademais, comentamos sobre os desafios que surgiram durante as etapas e o que foi feito para solucioná-los.

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  • JOSE EVERALDO CHAVES DE BARROS JUNIOR
  • Estudo comparativo de buscas aleatórias com distribuições de tamanhos de passos do tipo lei de potência, Lévy e exponenciais simples e dupla em uma e duas dimensões

  • Advisor : ERNESTO CARNEIRO PESSOA RAPOSO
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • ERNESTO CARNEIRO PESSOA RAPOSO
  • MAURICIO DOMINGUES COUTINHO FILHO
  • MADRAS VISWANATHAN GANDHI MOHAN
  • HUGO DE ANDRADE ARAUJO
  • Data: Dec 13, 2022


  • Show Abstract
  • Nesta dissertação analisamos o problema da busca aleatória em uma e duas dimensões, em que o caminhante aleatório tem os tamanhos de seus passos com distribuições do tipo lei de potên-cia, Lévy e exponenciais simples e duplas. Em uma dimensão, consideramos um espaço finito de busca com extensão L, no qual o caminhante parte de uma posição 0 < x0 ≪ L na busca por sítios alvos localizados nos extremos do intervalo, x = 0 e x = L. Em duas dimensões, em um espaço de busca L × L, o caminhante parte de uma distância x0 ≪ L do sítio mais próximo. Estudamos, então, a melhor estratégia para encontrar um desses alvos no regime de baixa densidade de sítios. O problema da otimização de buscas aleatórias possui várias aplicações, sendo uma das mais relevantes a busca de alimentos por animais ("animal foraging"). Nesse contexto, um novo impulso surgiu na década de 1990 pela aplicação da distribuição de Lévy para explicar a existência de longos passos, permitindo, assim, explorar diferentes regiões do espaço de busca de maneira mais eficiente, principalmente quando não se tem informações prévias sobre a localização dos sítios alvos. Observa-se, de fato, que quando o buscador não tem informações sobre o espaço de busca e inicia próximo a um sítio alvo a distribuição de Lévy com índice de estabilidade α ≈ 1 apresenta a maior eficiência. Contudo, alguns trabalhos recentes questionam se a distribuição de Lévy ainda é a mais eficiente quando o buscador possui informações específicas a respeito de comprimentos típicos relevantes do sistema, tais como o espaçamento médio entre os sítios e a dimensão do espaço de busca. Nesse contexto, a distribuição exponencial dupla com escolhas dos comprimentos característicos τ1 ≫ L e τ2 ≪ L apresenta maior eficiência. No presente trabalho comparamos as eficiências de buscas uni e bidimensionais para distribuições de tamanhos de passos dos tipos exponencial simples, exponencial dupla, lei de potência (limite assintótico para grandes passos da distribuição de Lévy) e Lévy. Realizamos um estudo da eficiência máxima aumentando os valores de L (isto é, tornando o ambiente mais escasso em sítios), utilizando simulações computacionais via método de Monte Carlo. Obtivemos, de fato, uma maior eficiência da busca aleatória para a distribuição exponencial dupla (com τ1 ≫ L e τ2 ≪ L), seguida da lei de potência e por último a exponencial simples, tanto em uma quanto em duas dimensões. Verificamos que isso ocorre por causa da escolha específica de comprimentos característicos e pesos específicos paraa exponencial dupla. No entanto, caso o buscador não tenha conhecimento prévio do espaço, tal escolha específica é muito pouco provável, e assim, na ausência de informações sobre o espaço de busca, a distribuição de Lévy permanece como a mais eficiente em buscas aleatórias em uma e duas dimensões.

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  • ANDERSON DE SOUZA BIBIANO FILHO
  • Kosterlitz-Thouless transition in a mixed-spin ladder under a magnetic field

  • Advisor : RENE RODRIGUES MONTENEGRO FILHO
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • NATANAEL DE CARVALHO COSTA
  • MAURICIO DOMINGUES COUTINHO FILHO
  • RENE RODRIGUES MONTENEGRO FILHO
  • Data: Dec 20, 2022


  • Show Abstract
  • At zero temperature, thermal fluctuations are eliminated and phase transitions will occur due to quantum
    fluctuations that arise from the Heisenberg uncertainty principle. Magnetic insulators, described by the
    Heisenberg model Hamiltonian, are a known class of physical systems that can undergo quantum phase
    transitions when submitted to a magnetic field. The magnetic field induces the transition by closing energy gaps
    through the Zeeman effect. Examples of these systems are the antiferromagnetic spin-1 chain, the
    antiferromagnetic spin-1/2 ladder, the ferrimagnetic mixed spin-1 and spin-1/2 chains and ladders. The
    presence of a gap in the energy spectrum leads to a magnetization plateau in the magnetization curve. We use

    the density matrix renormalization group to investigate the magnetization curves of the mixed spin-1 and spin-
    1/2 ladder, for antiferromagnetic and ferromagnetic couplings between the ladder legs, J0. For J0 > 0, the

    ground-state is ferrimagnetic with the total spin equal to 1/3 of the saturation value, in accord with the Lieb-
    Mattis theorem. The magnetization curve presents a plateau at 1/3 of the saturation value, 1/3-plateau, since the

    ground state has a gap to excitations that increase the total spin by 1 unit. Decreasing J0 below zero, the ground
    state is a singlet, but the 1/3-plateau survives down to a critical value J0 = Jc. Given that the gap closes with the
    magnetization fixed, it is a transition of the Kosterlitz-Thouless type. To determine Jc, we have made a finite
    size scale analysis of the plateau width.

Thesis
1
  • NATHAN DOS SANTOS NICOLÁU
  • Abordagem do espaço de Fock para caminhadas aleatórias de Lévy em um intervalo unidimensional: tempo médio de primeira passagem e probabilidades de absorção

  • Advisor : ERNESTO CARNEIRO PESSOA RAPOSO
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • MARCOS GOMES ELEUTERIO DA LUZ
  • ERNESTO CARNEIRO PESSOA RAPOSO
  • MAURICIO DOMINGUES COUTINHO FILHO
  • RENE RODRIGUES MONTENEGRO FILHO
  • ROBERTO RIVELINO DE MELO MORENO
  • Data: Feb 18, 2022


  • Show Abstract
  • Estudamos o problema das partı́culas aleatórias com distribuições α-estáveis de Lévy em um domı́nio finito
    unidimensional com limites absorventes, utilizando o formalismo do espaço de Fock. Nessa abordagem, a
    equação mestra é obtida na forma de uma equação de Schrödinger de valor real com um operador quase-
    Hamiltoniano relacionado às probabilidades de transição, definidas pelos comprimentos de saltos de Lévy.
    Apresentamos um estudo de quantidades estatı́sticas importantes para esse problema em função dos autovalores
    e autovetores do quase-Hamiltoniano, do ı́ndice de estabilidade α de Lévy, da posição inicial da partı́cula e do
    tempo. Aplicamos esse problema em um espaço finito discreto e no limite contı́nuo do espaço. Para ambos os
    casos, de primeiro momento, calculamos as taxas de sobrevivência S(t) e as probabilidades de absorção P0(t) e
    PN(t) das fronteiras, ambos os resultados em função do tempo.
    Em particular, mostramos os diferentes comportamentos dinâmicos de S(t), que inicialmente é regido por uma
    lei de potência no tempo (S(t) ∼ t^−γ ), obedecendo o teorema de Sparre-Andersen (para domı́nios semiinfinitos)
    e a longo prazo é ditado por um decaimento exponencial (S(t) ∼ exp(−λt) ). Conseguimos ilustrar essa
    mudança de comportamento dinâmico para alguns valores do ı́ndice α. Para o caso do espaço discreto, a
    abordagem de Fock teve uma excelente concordância com os resultados das simulações numéricas de Monte
    Carlo. Já para o limite contı́nuo do espaço, mostramos que o formalismo de Fock vai se ajustando melhor com
    as curvas numéricas conforme aumentamos o comprimento dos passos (diminuı́mos α) e aumentamos o
    intervalo de tempo. Por fim, estudamos o tempo médio de primeira passagem em função da posição inicial e do
    ı́ndice de estabilidade α, e o comportamento assintótico das probabilidades de absorção das fronteiras. Esse
    comportamento assintótico é alcançado com precisão no formalismo de Fock. Além disso, ao considerar o
    limite contı́nuo do espaço, nossos resultados correspondem perfeitamente ao resultado analı́tico exato para um
    caminhante de Lévy no espaço finito contı́nuo. Esses últimos resultados são relevantes para uma série de
    contextos práticos, como forrageamento animal e transmissão de luz em meios de dispersão aleatória, e nossas
    descobertas podem ser úteis para a melhor compreensão desses sistemas.

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  • JOÃO GUILHERME FERREIRA CAMPOS
  • interactions between topological defects in (1+1) dimensions

  • Advisor : AZADEH MOHAMMADI
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • ADALTO RODRIGUES GOMES DOS SANTOS FILHO
  • DIONISIO BAZEIA FILHO
  • AZADEH MOHAMMADI
  • CLECIO CLEMENTE DE SOUZA SILVA
  • SHAHRAM JALALZADEH
  • Data: Feb 22, 2022


  • Show Abstract
  • Nesta tese, estudamos interações entre defeitos topológicos em uma dimensão espacial e
    uma temporal. Esses defeitos são chamados de kinks. Eles são soluções de teorias de campos
    escalares que possuem energia localizada e se propagam sem perder sua forma. Para entender
    melhor o fenômeno de ressonância exibido nesses modelos, construímos um modelo simplificado
    onde o modo de vibração do kink se torna um modo quasinormal. Isso acarreta na supressão das
    janelas de ressonância e, consequentemente, na perda da estrutura fractal formada pelas mesmas.
    Já no caso em que o pontencial do campo escalar é um polinômio de ordem alta, a cauda do
    kink pode ser de longo alcance, por decair como uma lei de potência. Nós desenvolvemos um
    método numérico para inicializar esses sistemas corretamente e aplicamos a um modelo de kinks
    com caudas longas em ambos os lados. Após a colisão, o sistema se aniquila para velocidades
    abaixo de uma velocidade crítica ultra-relativística e não forma bions. Também investigamos
    uma colisão entre kinks vibrantes dentro do modelo sine-Gordon duplo. Um dos efeitos de
    excitar o modo de vibração antes da colisão é a formação de janelas de ressonância onde ocorre
    apenas um contato entre os kinks. Já na segunda metade da tese, focamos em interações entre
    kinks e férmions. Estudamos o que acontece com o férmion quando ele se liga a um kink que
    está vibrando. O férmion escapa do kink na forma de radiação a uma taxa contínua se a diferença
    de energia entre o estado inicial e o contínuo não for muito grande. Por último, nós investigamos
    a interação de um férmion na presença de um campo escalar com uma impureza que preserva
    metade da propriedade Bogomol’nyi–Prasad–Sommerfield (BPS) do sistema. O resultado desse
    processo é que perto do regime BPS a evolução do sistema é adiabática, pois sempre corresponde
    a uma solução BPS estática.

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  • JEFFERSON AUGUSTO DE OLIVEIRA GALINDO
  • Luminescence-based nanothermometry with lanthanide codoped yttria single nanoparticles and individual nitrogen-vacancy defects in nanodiamonds

  • Advisor : LEONARDO DE SOUZA MENEZES
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • LEONARDO DE SOUZA MENEZES
  • LUCIO HORA ACIOLI
  • MARCIO HERACLYTO GONCALVES DE MIRANDA
  • NIKIFOR RAKOV GOMEZ
  • ANDRE DE LIMA MOURA
  • Data: Mar 30, 2022


  • Show Abstract
  • In the last two decades, the development of luminescent materials at nanoscale presenting temperature-dependent optical properties have led to the emergence of the so-called luminescence-based nanothermometers. Nowadays, these sensing devices are the main responsible for unveiling the temperature related phenomena at the sub-micron scale being used, for instance, to measure temperature distributions inside living cells and to detect hotspots on nano/microcircuits. However, despite temperature measurements with nanometric spatial resolutions can be achieved with these thermometers, most of the current literature on luminescence nanothermometry report ensemble average data. The careless about the particular characteristics of each nanothermometer may lead to important inaccuracies in the temperature measurements. Therefore, in this work, the thermal sensing capabilities of individual luminescent nanothermometers are investigated through the use of two different techniques in a temperature range compatible with biological systems.  More specifically, this Thesis reports and discuss two experimental studies on nanothermometry, which the first one relies on characterize the same five individual Yb3+/Er3+ codoped yttria nanocrystals (NCs) as nanothermometers when embedded in different environments (air, water and ethylene glycol) applying the Luminescence Intensity Ratio (LIR) technique. The second study reports on the characterization of three individual nanodiamonds containing a single negatively charged nitrogen-vacancy defect () as nanothermometers via Optically Detected Magnetic Resonance (ODMR) technique. The obtained results implementing the intensity ratio show that the thermometric behavior of each NC in air and water are equivalent, returning relative sensitivities and thermal resolutions as high as 2.3 % K-1 and 0.4 K, respectively. It was also observed that the measured thermometric parameters, as thermal resolution and relative sensitivity, from each nanothermometer can be much more precisely determined than those from the average on the set of five NCs. The increased uncertainties of the average parameters are related to the nanocrystals' size variations, which manifests through the differences on the surface/volume ratio between the selected NCs. This assumption is reinforced by the observation of a correlation between the single-NC thermometric parameters with the NC brightness, with a dependence that is consistent with the expected variation in the surface/volume ratio. Besides, the relevance of the NC-solvent interaction becomes evident when the NCs are embedded in ethylene glycol, for which molecular vibrational modes can resonantly interact with the Er3+ ions electronic excited states used in the present experiments. Meanwhile, results on nanothermometry with single  defects on nanodiamonds also present differences on the measured thermal parameters between the selected nanothermometers. A linear dependence of the electron spin resonances with temperature were observed through ODMR measurements for the three nanodiamonds and varies from 88 kHz K-1 to 110 kHz K-1. The distinct thermal responses may be due to the presence of structural defects, impurities and inner strain of each nanodiamond. This argument is reinforced by the observed correlation between the measured strain parameter and the temperature dependency of the ESR frequencies for each nanodiamond. The obtained results corroborate those obtained for the individual lanthanide-doped nanothermometers. Also, an Arduino-based ESR tracking system is implemented to monitor continuous temperature changes of the sample with a nanodiamond during long times (~1h), resulting in thermal resolutions as high as 1.7 K. Such system may be implemented to measure the spatial temperature inhomogeneities of nanometric structures with spatial resolution limited only by the size of the nanothermometer (~25 nm). Therefore, the results reported in this Thesis point out to the importance of the calibration of individual luminescent nanothermometers and its interaction with the surrounding medium, reinforcing the thermal sensing capabilities with ultra-high spatial resolution of individual NCs codoped with lanthanide ions and single  defects on nanodiamonds.

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  • NATHAN LIMA PESSÔA
  • Caracterização de séries temporais em sistemas físicos: do transporte eletrônico em condutores mesoscópicos à dinâmica da pandemia de COVID-19

  • Advisor : ANTONIO MURILO SANTOS MACEDO
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • GERSON FERREIRA JUNIOR
  • ANTONIO MURILO SANTOS MACEDO
  • LUCA ROBERTO AUGUSTO MORICONI
  • LUIZ FELIPE CAVALCANTI PEREIRA
  • SHAHRAM JALALZADEH
  • Data: Apr 29, 2022


  • Show Abstract
  • Esta Tese apresenta estudos separados de quatro sistemas físicos diferentes. No
    primeiro, é realizada uma análise de flutuações destendenciadas multifractal dos dados
    da magnetocondutância de dois sistemas mesoscópicos paradigmáticos fios
    desord enados e cavidades balísticas caóticas com estruturas de rede de dois tipos
    diferentes. Observamos a presença de multifractalidade em todos os casos e que esta é
    mais intensa no regime quântico de condução, isto é, quando o número de canais de
    propagação é pequeno. Argumenta se que este comportamento é devido a correlações
    induzidas pelo campo magnético, as quais podem ser caracterizadas por meio da
    distribuição de incrementos da “série temporal” correspondente, em que o campo
    magnético faz o papel de um tempo fictício. Mais especificamente, é mostrado que as
    distribuições de incrementos de condutância podem ser bem ajustadas por funções de
    densidade de probabilidade q gaussianas e que o valor do parâmetro q associado é um
    número útil para medir o grau de multifractalidade de flutuações da magnetocondutância.
    No segundo estudo, consideramos um nanofio conectado a quatro terminais e
    caracterizamos as flutuações mesoscópicas na região entre os dois primeiros platôs do
    Efeito Hall Quântico por meio de uma anál ise multifractal. Foi observado que as
    flutuações dos coeficientes de transmissão longitudinal e transversal causadas pela
    variação do campo magnético são multifractais, o que pode ser associado a um
    comportamento “turbulento” do sistema, que o leva a ter uma dinâmica de múltiplas
    escalas que pode ser observada através do padrão espacial irregular d o mapa d e sua
    densidade local de estados na Transição Hall. No terceiro trabalho, mostra se que é
    possível obter as distribuições de condutância e potência de ru ído de disparo de
    cavidades mesoscópicas das três classes de simetria quiral usando o modelo de hopping
    aleatório, com o qual ainda analisamos o crossover das classes quiral ortogonal para as
    classes quirais unitária e simplética variando o campo magnético e o parâmetro de
    Rashba do acoplamento spin órbita, respectivamente. O último trabalho consiste de uma
    modelagem matemática do número de mortes causadas pela COVID 19 usando uma
    generalização de uma abordagem conhecida como pathway model para ajustar
    nume ricamente os dados de diferentes países em que ocorreram mais d o que uma onda
    de infecção.

5
  • RODRIGO GALVÃO DOS SANTOS
  • Rare-earth-doped yttria nanoparticles as temperature sensors for whispering-gallery-mode resonators

  • Advisor : LEONARDO DE SOUZA MENEZES
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • ANDERSON MONTEIRO AMARAL
  • CARLOS JACINTO DA SILVA
  • EDUARDO PADRON HERNANDEZ
  • LEONARDO DE SOUZA MENEZES
  • RENATO EVANGELISTA DE ARAUJO
  • Data: Jun 30, 2022


  • Show Abstract
  • In this thesis, Y2O3 (yttria) nanocrystals (NC) doped with rare-earth ions, namely Nd3+ and Er3+,Yb3+ are investigated as temperature sensors for whispering-gallery-mode (WGM) resonators. The ions were chosen to match the available pump lasers for WGM coupling in a silica micropshere, so that multiple sensing parameters can be achieved with a single excitation wavelength. The silica micropsheres and the NCs used for this thesis have diameters of about 100 μm and 150 nm respectively. The much smaller size of the NCs with respect to the microspheres ensures that the thermal equilibrium remains undisturbed in the medium of interest (i. e., the microsphere) during the temperature measurements. In order to understand the effects of the lattice vibrations of host materials like yttria on the spectroscopic properties of the active ions, the concept of phonon by quantization of lattice vibration is introduced and the widths and positions of spectral lines of Nd3+ in Y2O3  are discussed as an example of the ion-phonon interactions following a Debye model. Moreover, the theoretical basis of WGMs coupling is derived from the modal equation for a microsphere and some simulations are performed for the system of interest. This system is then considered for temperature sensing applications and the effects of a near-field probe such as a nanoparticle close to the microsphere's surface are calculated using Rayleigh scattering. Some control experiments were also performed in order to optimize the experimental setup for WGM coupling using the microsphere-prism coupling geometry. A nanothermometer based on single Nd3+:Y2O3 NCs which relies on the ratio of thermally coupled emission lines is presented, followed by another yttria based system, Er3+,Yb3+:Y2O3. Both systems were characterized by exciting single nanoparticles with low power, continuous-wave lasers and the results were described by a rate equation model considering multiphonon interactions. Finally, some future experiments are proposed for the Nd3+:Y2O3 system, which showed promising results for temperature sensing for microresonators, taking into consideration the theoretical and experimental aspects for both the WGM and luminescence spectroscopy.

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  • YOANDRIS VIELZA DE LA CRUZ
  • Estado pseudogap em cupratos supercondutores

  • Advisor : ERNESTO CARNEIRO PESSOA RAPOSO
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • ERNESTO CARNEIRO PESSOA RAPOSO
  • FERNANDO ANTONIO NOBREGA SANTOS
  • FRANCISCO ANACLETO BARROS FIDELIS DE MOURA
  • MAURICIO DOMINGUES COUTINHO FILHO
  • RENE RODRIGUES MONTENEGRO FILHO
  • Data: Jul 27, 2022


  • Show Abstract
  • Nesta tese estudamos o estado pseudogap de sistemas cupratos supercondutores.

    Começamos com uma introdução aos fundamentos dos sistemas de elétrons interagentes, seguida por uma breve descrição sobre o entendimento atual da física de cupratos supercondutores de altas temperaturas críticas. A estrutura do composto cuprato La2CuO4, seu diagrama de fases e o problema do pseudogap são incluídos nesta revisão. Alguns modelos aproximados que entram no marco teórico de estudo da física do pseudogap em cupratos serão discutidos posteriormente.

    Em seguida, apresentamos o método de solução ao problema do pseudogap utilizado em nosso estudo. Mostramos por cálculos analíticos e numéricos detalhados como encontrar a solução de campo médio do modelo em uma rede quadrada. O formalismo da aproximação de campo médio de Hartree-Fock para o Hamiltoniano de Hubbard será introduzido incluindo a otimização do número médio de sítios duplamente ocupados para redistribuição de carga na presença de correlações. Os parâmetros do modelo também são apresentados e discutidos, os quais são úteis para obter as implicações fisicamente relevantes do estado fundamental em estudo em termos da densidade eletrônica e da relação entre a repulsão de Coulomb e a largura de banda da estrutura eletrônica.

    Seguidamente aplicamos a aproximação de campo médio de Hartree-Fock ao composto cuprato La2CuO4, no qual nossa parametrização do modelo é baseada. A supressão da densidade de estados próximos à superfície de Fermi está presente em nossos cálculos, o que está em concordância qualitativa com os dados experimentais. O termo extra do Hamiltoniano de salto ao segundo vizinho mais próximo concorrente ao longo das direções nodais da zona de Brillouin da sub-rede mostra uma energia máxima de pseudogap de 101,08 meV obtida nos pontos nodais da superfície de Fermi no estado isolante de Mott antiferromagnético de semipreenchimento, em boa concordância com o valor relatado experimentalmente. Dopando o sistema semipreenchido com buracos ou elétrons, observamos a formação de regiões tipo bolso (pocket regions) perto da superfície de Fermi com baixa densidade de estados nos nodos e antinodos, respectivamente. Notavelmente, o pseudogap fecha nas concentrações críticas de dopagem de buracos e elétrons, xh = 0,20 e xe = 0,17, também em boa concordância com os valores experimentais dos sistemas cupratos La2−xSrxCuO4 e Nd2−xCexCuO4, que têm a mesma estrutura de camada CuO2 no regime de semipreenchimento consistente com a fixação dos parâmetros do nosso modelo. Ao anular a energia de salto ao segundo vizinho mais próximo, nenhum pseudogap surge. Esses resultados sugerem que a limitação da dispersão de elétrons ao longo das direções nodais que conectam sítios de Cu contíguos na mesma sub-rede, combinada com uma repulsão local de Coulomb significativa, pode desempenhar um papel relevante para a abertura do pseudogap associado ao regime preenchido ou parcialmente preenchido de estados de Mott  em compostos cupratos.

    Finalmente discutimos a aplicação da teoria do campo médio a sistemas eletrônicos quânticos de materiais cupratos para avançar na compreensão da fase supercondutora e fenômenos relacionados.

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  • JOSÉ FERREIRA DA SILVA NETO
  • Dinâmica e padrões emergentes de vórtices e skyrmions em heteroestruturas supercondutor-magneto quiral.

  • Advisor : CLECIO CLEMENTE DE SOUZA SILVA
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • CLECIO CLEMENTE DE SOUZA SILVA
  • LEONARDO RIBEIRO EULALIO CABRAL
  • RENE RODRIGUES MONTENEGRO FILHO
  • FANNY BÉRON
  • MAURO MELCHIADES DORIA
  • Data: Sep 28, 2022


  • Show Abstract
  • Vórtices em supercondutores (vórtice de Abrikosov) vêm sendo estudados desde da década de
    50 mostrando ter um potencial enorme em aplicações tecnológicas. Por outro lado, skyrmions
    magnéticos passaram a serem estudados mais recentemente, tendo sido detectados pela
    primeira vez em 2009, mostrando também, um grande potencial de aplicações, em especial
    na tecnologia de informação e dispositivos de memória. Nos últimos anos surgiu um crescente
    interesse em estudar heteroestruturas formadas por supercondutores e materiais magnéticos,
    podendo hospedar vórtices e skyrmions, respectivamente. Nesta tese, abordamos teoricamente
    a interação skyrmion-vórtice, para o caso de filmes finos, através de simulações numéricas e
    argumentos analíticos. Estudamos o efeito do campo magnético produzido pelo vórtice no
    skyrmion, para um filme supercondutor de espessura arbitrário. E calculamos a dependência
    da energia de interação skyrmion-vórtice com a temperatura, estimando o seu valor no limite
    de altas temperaturas. Quando a interação é atrativa o skyrmion pode se acoplar ao
    vórtice, formando um par skyrmion-vórtice. Mostramos algumas propriedades dinâmicas deste
    par. Depois passamos a investigar as configurações de equilíbrio da interação de muitos skyrmions
    e muitos vórtices em um bicamada supercondutora-ferromagnética quiral. Quando o
    acoplamento skyrmion-vórtice é fraco, ambos vórtices e skyrmions formam redes, quase triangulares,
    homogêneas. Porém, quando aumentamos a energia de interação skyrmion-vórtice,
    independentemente dela ser atrativa ou repulsiva, o padrão homogêneo dá lugar a padrões
    metaestáveis diversos: aglomerados, listras, bolhas, listras intercaladas, e estruturas compostas
    de aglomerados e bolhas. Abordamos as transições entre as fases, analiticamente, através
    de uma análise baseada em teoria de campo médio, e por simulações de dinâmica molecular,
    o que nos permitiu construir diagramas de fases detalhados mostrando a região no espaço
    de parâmetros onde cada fase deve aparecer. Também demonstramos que, pela escolha adequada
    dos parâmetros, pode-se alternar termicamente entre as fases homogênea e modulada
    em densidade.

8
  • LUCAS SOARES MARINHO
  • Correlações não clássicas via mistura de quatro ondas emátomos frios com dois nı́veis de energia puros

  • Advisor : DANIEL FELINTO PIRES BARBOSA
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • GABRIELA BARRETO LEMOS
  • DANIEL FELINTO PIRES BARBOSA
  • JOSE WELLINGTON ROCHA TABOSA
  • LEONARDO DE SOUZA MENEZES
  • MICHELLE OLIVEIRA DE ARAUJO
  • ROMAIN PIERRE MARCEL BACHELARD
  • Data: Nov 29, 2022


  • Show Abstract
  • Nesta tese, geramos pares de fótons em um sistema com dois nı́veis de energia puros, utilizando uma armadilha magneto-óptica com átomos frios de Rubı́dio-87. No processo de mistura de quatro ondas considerado neste experimento, dois feixes contrapropagantes excitam o ensemble atômico, gerando espontaneamente pares de fótons emaranhados, propagando-se em direções opostas e fazendo um ângulo de 3º com a direção dos feixes de excitação. Correlações quânticas são observadas na escala de tempo de nanosegundos, devido a interferência entre a componente de frequência central da excitação e as bandas laterais, que estão deslocadas da componente central pela dessintonia da ressonância atômica. Ao contrário do que foi reportado por Du et al. em 2007, nós fomos capazes de observar experimentalmente a violação da desigualdade de Cauchy-Schwarz válida para campos clássicos de luz, e obtemos R = (1.98 ± 0.03) > 1. Surpreendentemente, essas correlações quânticas prevalecem mesmo na presença do forte ruı́do de fundo proveniente do espalhamento Rayleigh dos feixes de excitação. Elas são frágeis com respeito a processos que perturbam a fase da excitação atômica, mas são robustas a variações no número de átomos e a aumentos nas intensidades de excitação. Também realizamos uma caracterização das correlações nas escalas de tempo curta (dezenas de ns) e longa (dezenas de µs) e obtivemos um bom acordo dos dados experimentais com nosso modelo teórico empı́rico que foi introduzido. Além disso, mostramos que essas correlações não clássicas podem ser consideravelmente amplificadas filtrando espectralmente a componente do espalhamento Rayleigh, e obtivemos R = (5.00 ± 1.30) > 1.

2021
Dissertations
1
  • DANIEL CANAVELLO MOURA DE ARAUJO
  • Fases coletivas emergentes de matéria ativa browniana: efeitos do torque restaurador

  • Advisor : CLECIO CLEMENTE DE SOUZA SILVA
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • ALEXANDRE DA SILVA ROSAS
  • CLECIO CLEMENTE DE SOUZA SILVA
  • PAULO ROBERTO DE ARAUJO CAMPOS
  • Data: Jun 25, 2021


  • Show Abstract
  • Sistemas fora do equilíbrio estão presentes em toda natureza, no entanto o nosso conhecimento destes é limitado. Ainda assim, é possível os separar em categorias de acordo com os comportamentos que apresentam. Uma de tais categorias é conhecida como "matéria ativa", caracterizada por possuir um mecanismo de auto-propulsão para realizar movimento direcionado. Em tais sistemas, cada constituinte continuamente consome energia, tanto armazenada quanto do meio, para se afastarem do equilíbrio térmico, que dá origem a uma abundância de novos fenômenos. Matéria ativa pode ser usada para modelar uma ampla variedade de sistemas, abrangendo revoadas de pássaros e cardumes de peixes a tecidos celulares e movimento de bactérias.
      Nesta dissertação investigamos propriedades de Partículas Brownianas Ativas (conhecidas como ABPs em inglês) sobreamortecidas. Primeiramente fazemos uma revisão de resultados conhecidos, começando como uma partícula ativa isolada é equivalente a uma partícula Browniana passiva em grandes escalas de espaço e tempo na ausência de um confinamento. Discutimos então resultados recentes da literatura sobre o fenômeno de separação de fases em ABPs interagentes e as propriedades de ABPs isoladas em um potencial harmônico.
      Continuamos então com uma análise dos efeitos combinados de um torque intrínseco de auto-alinhamento e repulsão entre as partículas nas dinâmicas de muitas partículas ativas. Enquanto no sistema sem o torque não existe uma ordem polar global, apesar de apresentar uma separação de fase sob certas condições, com o torque o sistema passa a exibir uma fase com transporte líquido finito para baixas temperaturas. 
      Ao confinar tal sistema num potencial harmônico, novos comportamentos aparecem, o mais notável entre eles sendo um onde as partículas passam a se separar em clusters, agrupamentos de partículas que se comportam como uma só entidade, que orbitam o potencial sem mudar de forma. Com a introdução de um parâmetro de anisotropia, a fase de cluster tem um dobramento de período e a trajetória do centro de massa muda de uma órbita elíptica para uma lemniscata. 
      No caso de potenciais altamente anisotrópicos, mais uma fase aparece, na qual o sistema alterna entre um estado cristalino e um fluido ao longo da órbita, dependendo se as partículas estão em regiões de alta ou baixa curvatura do potencial confinador
2
  • MATHEUS VALENCA CORREIA
  • Effects of three-body interactions on structural phases of classical two-dimensional clusters

  • Advisor : CLECIO CLEMENTE DE SOUZA SILVA
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • MAURO MELCHIADES DORIA
  • CLECIO CLEMENTE DE SOUZA SILVA
  • LEONARDO RIBEIRO EULALIO CABRAL
  • Data: Jun 29, 2021


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  • ARTHUR CESARE MESSIAS VIANA PEREIRA
  • Espectroscopia não linear e geração de imagem fotoacústica com nanopartículas de nitreto titânio

  • Advisor : ANDERSON STEVENS LEONIDAS GOMES
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • ANDERSON STEVENS LEONIDAS GOMES
  • DENISE MARIA ZEZELL
  • LUCIO HORA ACIOLI
  • Data: Jul 23, 2021


  • Show Abstract
  • A fotoacústica é uma técnica de caracterização óptica multimodal, utilizando simultaneamente o fenômeno óptico de absorção da luz e a emissão acústica gerada a partir desta absorção no meio. É uma técnica poderosa que vem sendo altamente explorada na geração de imagens bem como no estudo de efeitos não lineares oriundos de absorção de um ou muitos fotons. A sua característica mais importante é o fato de o sinal fotoacústico depender diretamente da absorção da luz pelo material. O objetivo deste trabalho foi estudar a resposta fotoacústica de nanopartículas esféricas de nitreto de titânio (TiN) para aplicações em diagnóstico por imagem, e está dividido em 4 capítulos, sendo o primeiro deles uma introdução geral. No capítulo II, descrevemos os fundamentos do efeito fotoacústico, suas equações e as técnicas que serão exploradas, como a espectroscopia fotoacústica e o imageamento fotoacústico. No capítulo III, abordamos o sistema desenvolvido no laboratório, sua montagem experimental de cada sistema e os programas de aquisição de dados desenvolvidos em LABVIEW. Em seguida, no capítulo 4, apresentamos os resultados obtidos com as nanopartículas de TiN. Os resultados mostram a relação entre o espectro de absorção óptica e fotoacústica, a geração de imagem usando a microscopia fotoacústica com um excelente contraste, incluindo resultados obtidos com excitação e aquisição da imagem fotoacústica através de tecido biológico com 1mm de espessura. Mostramos que também é possível obter um bom contraste óptico devido à absorção de dois fótons no material. O capítulo 5 apresenta as conclusões da dissertação.

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  • WEVERTON LUCAS DA SILVA ROSENDO
  • Estatística Fracionário do Modelo de Hubbard de Alcance Infinito em Redes Hipercúbicas

  • Advisor : MAURICIO DOMINGUES COUTINHO FILHO
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • ADAUTO JOSE FERREIRA DE SOUZA
  • MAURICIO DOMINGUES COUTINHO FILHO
  • RENE RODRIGUES MONTENEGRO FILHO
  • Data: Oct 25, 2021


  • Show Abstract
  • Estatísticas fracionária de exclusão (EFE) têm chamado muita atenção ao longo dos anos, particularmente em fenômenos manifestados no domínio de sistemas com elétrons fortemente correlacionados, como supercondutividade de alta Tc , férmions pesados, transição metal-isolante (TMI) e efeito Hall quântico fracionário. Um modelo de destaque usado para descrever sistemas de elétrons correlacionados é o Modelo de Hubbard, que pode exibir uma transição de fase metal-isolante. Além disso, vários fenômenos físicos de interesse, como fases magnéticas, ocorrem para acoplamento coulombiano intermediário ou no limite de forte acoplamento. Recentemente, uma descrição bastante detalhada do modelo de Hubbard com interação de alcance infinito foi apresentada. Neste trabalho foi mostrado que este modelo é equivalente a um gás ideal de três espécies de partículas, as quais obedecem a uma EFE, e exibe uma TMI. A estatística fracionária se manifesta em várias quantidades termodinâmicas conforme nos aproximamos do ponto quântico crítico (PQC). Além disso, usando a densidade de estados na aproximação de tight-band e a análise de escala próximo ao PQC, o comportamento da energia livre do Grande Potencial como uma função da dimensão da rede Hipercúbicas foi investigado em detalhe. Mais ainda, verificamos que para valores pares da dimensão da rede o Grande Potencial, geralmente expresso por uma série de potências em termos de funções Lerch, é agora reduzido a funções polinomiais simples, com convexidade e monotonicidade específicas.

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  • MARCOS VINICIUS SANTOS SILVA
  • Cosmic adventures in stringland: Scattering of bosonic and fermionic fields in gravitating cosmic string spacetimes

  • Advisor : AZADEH MOHAMMADI
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • ILIA CHAPIRO
  • AZADEH MOHAMMADI
  • FERNANDO ROBERTO DE LUNA PARISIO FILHO
  • Data: Nov 8, 2021


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  • LUCAS GABRIEL BEZERRA DE SOUZA
  • Cálculo Discreto: Aplicações em Processos Estocásticos

  • Advisor : ANTONIO MURILO SANTOS MACEDO
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • ANTONIO MURILO SANTOS MACEDO
  • ERNESTO CARNEIRO PESSOA RAPOSO
  • JORGE GABRIEL GOMES DE SOUZA RAMOS
  • Data: Nov 29, 2021


  • Show Abstract
  • Nesta dissertação exploramos a relação entre as descrições infinitesimal e discreta da natureza e como essas descrições estão conectadas de modo sistemático por uma transformação integral denominada mapa mimético, o qual propomos aqui. Apresentamos uma breve revisão de sequências e equações de diferença, apresentando métodos de resolução destas. Em particular nós vemos que técnicas de resolução de equações diferenciais do cálculo infinitesimal podem ser transferidas para um cálculo utilizado para descrever e solucionar equações de diferença finita, conhecido como cálculo discreto. Em seguida mostramos como toda a estrutura do cálculo infinitesimal pode ser transferida para o cálculo discreto através do mapa mimético, estendendo o já conhecido cálculo discreto para uma generalização de sequências, que  denominamos funções discretas, e interpretando as equações de diferença como versões discretas das equações diferenciais. Também estendemos a noção de funções geradoras de sequências para as funções discretas, onde as extensões dependem de um parâmetro h, retornando ao caso padrão de sequências quando h=1. Com o mapa mimético nós também obtemos versões discretas de transformações integrais, como as transformadas de Laplace e Mellin discretas, relacionando a primeira com a transformada Z. Nós também apresentamos um mapa mimético complexo usado para construir um cálculo discreto complexo partindo do cálculo no plano complexo. Como aplicações na física, nós apresentamos uma revisão de processos estocásticos discretos e contínuos e mostramos como o mapa mimético e o cálculo discreto são capazes de mapear a descrição dos processos contínuos nos discretos e vice-versa. Em particular, nós obtemos uma versão discreta da teoria H para as variáveis de background utilizando o mapa mimético e para a variável observável, utilizando as ferramentas de processos estocásticos. Nós também mostramos que as abordagens de processos estocásticos epidêmicos em termos de variável temporal e processos estocásticos contínuos e discretos podem ser conectadas através do cálculo discreto e do mapa mimético.

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  • GABRIEL CARVALHO BORGES
  • Transformação Color-Flavor e Transporte Quântico

  • Advisor : ANTONIO MURILO SANTOS MACEDO
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • ANTONIO MURILO SANTOS MACEDO
  • RENE RODRIGUES MONTENEGRO FILHO
  • ANDERSON LUIZ DA ROCHA E BARBOSA
  • Data: Nov 30, 2021


  • Show Abstract
  • O estudo de transporte eletrônico em nanoestruturas tornou-se bastante importante a partir da capacidade de produção de dispositivos pequenos o suficiente para que a coerência de fase dos portadores de cargas seja relevante, possibilitando a observação de uma variedade de novos fenômenos, tais como a localização fraca e as flutuações universais da condutância. Nesta dissertação estudamos propriedades de transporte de pontos quânticos, ou mais especificamente, cavidades balísticas abertas que apresentam dinâmica clássica correspondente caótica. Para isso, introduzimos uma identidade matemática, chamada de transformação color-flavor, para utilizarmos no cálculo da função geratriz da condutância de pontos quânticos caóticos com simetria de reversão temporal quebrada. Assim, tratamos primeiramente o caso de dispositivos mesoscópicos que consistem em um ponto quântico conectado a reservatórios de elétrons via guias de onda ideais, onde definimos a função geratriz em termos de funções de Husimi e da função fidelidade. Posteriormente, tratamos o caso de uma cadeia formada por pontos quânticos conectados em série via guias de onda ideais e obtivemos expressões para a média da condutância de um sistema contendo um e dois pontos.

Thesis
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  • TAWAN TAYRON ANDRADE DE CARVALHO
  • Relações de escala em criticalidade no cérebro

  • Advisor : MAURO COPELLI LOPES DA SILVA
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • CLECIO CLEMENTE DE SOUZA SILVA
  • MAURO COPELLI LOPES DA SILVA
  • NESTOR FELIPE CATICHA ALFONSO
  • PAULO ROBERTO DE ARAUJO CAMPOS
  • SIDARTA TOLLENDAL GOMES RIBEIRO
  • Data: Jul 2, 2021


  • Show Abstract
  • Um dos grandes desafios da neurociência computacional é o desenvolvimento de modelos que consigam reproduzir a atividade neuronal e nos permitam fazer previsões. Ao longo das últimas duas décadas, estudos têm mostrado evidências de criticalidade no cérebro, indicando a presença da percolação direcionada de campo médio (sigla em inglês, MF-DP) como sua transição de fase, isto é, uma transição entre os estados ativo e absorvente. No entanto, através de dados de spikes em ratos anestesiados com uretana, foram recentemente identificadas através do uso de critérios mais rigorosos, assinaturas de criticalidade entre estados assíncronos e síncronos, colocando em xeque a classe de universalidade MF-DP como modelo para o cérebro crítico. Porém, esse tipo de dado tem sido questionado por sofrer intensa subamostragem, que consiste no registro da atividade de uma fração muito pequena dos neurônios presentes numa dada região do cérebro. Partindo desse ponto, estudamos dois modelos da classe MF-DP, realizamos subamostragem e os submetemos à mesma metodologia empregada na análise de novos dados experimentais. Nossos modelos conseguiram reproduzir os resultados centrais obtidos experimentalmente através da estatística de avalanches neuronais, mostrando como a subamostragem pode distorcer os expoentes verdadeiros da transição de fase. Logo, os modelos da classe MF-DP continuam sendo uma explicação alternativa para a atividade de spikes. Neste trabalho também avaliamos pela primeira vez a relação de escala em dados de magnetoencefalografia (MEG) em dados de humanos em repouso. Em nossas análises, a classe MF-DP não mostrou ser consistente com os valores médios obtidos experimentalmente, que indicaram novos valores de expoentes em que a relação de escala é satisfeita. Assim, os modelos da classe MF-DP são novamente colocados em xeque para explicar os novos dados de MEG aqui apresentados.

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  • MAELYSON ROLIM FONSECA DOS SANTOS
  • Heurística e leis de escala para um problema complexo: a distribuição da diversidade linguística na Terra

  • Advisor : MARCELO ANDRADE DE FILGUEIRAS GOMES
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • VIVIANE MORAES DE OLIVEIRA
  • AZADEH MOHAMMADI
  • MARCELO ANDRADE DE FILGUEIRAS GOMES
  • PAULO ROBERTO DE ARAUJO CAMPOS
  • TSANG ING REN
  • Data: Aug 26, 2021


  • Show Abstract
  • O surgimento da linguagem, ocorrido antes do êxodo africano, é possivelmente a transição mais significativa na evolução dos hominídeos. No último século tem sido observada a crescente extinção de idiomas, representando não apenas uma redução no repertório de visões de mundo, mas também uma redução do conhecimento biológico, ecológico, geográfico e tecnológico. Nas últimas décadas, a expansão dos bancos de dados sobre idiomas foi acompanhada por um correspondente número de estudos estatísticos, propostas de modelos e simulações computacionais da dinâmica da linguagem. Nesta tese, fazendo uso de ferramentas provenientes da física estatística de sistemas complexos, são investigados padrões da atual distribuição linguística na Terra. Utilizando registros relativos a mais de sete mil idiomas, são apresentadas leis de escala alométricas entre a diversidade lingüística e os tamanhos geográfico, demográfico e econômico dos países. Em seguida é discutido um modelo fractal que justifica o expoente z = 1/3 da lei de escala observada entre a diversidade linguística e a área. Em outro capítulo, um modelo heurístico simples, que emerge de um tipo de estrutura variacional, sugere, a partir de um princípio de maximização, que a relação entre a diversidade linguística e a área dos países deve ser caracterizada por um expoente algo maior. Este último modelo reproduz a lei de escala observada hoje na Terra para os cento e quarenta e sete maiores países. Ulteriormente, a relação entre diversidade linguística e área é examinada através de um modelo termodinâmico de campo médio com forças entrópicas e de auto-exclusão. É exposto que este modelo concorda com os dados empíricos que mostram a diminuição da diversidade lingüística com o aumento da latitude e fornece ainda uma base para entender cenários futuros de perda da diversidade linguística. A partir de processos de classificação e ordenamento, são apresentadas funções hiperbólicas associadas a parâmetros linguísticos, econômicos, geográficos e demográficos dos países. As distribuições acumuladas de idiomas bem como de grupos étnicos em função da população são apresentadas e são investigadas as leis de escala emergentes da classificação das famílias linguísticas segundo o número de idiomas e o número de falantes. Por fim, é analisada a distribuição de tamanhos de idiomas das catorze maiores famílias linguísticas contemporâneas.

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  • RAI MACIEL DE MENEZES
  • Skyrmionics and Magnonics in Chiral Ferromagnets: from micromagnetic to atomistic control.

  • Advisor : CLECIO CLEMENTE DE SOUZA SILVA
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • ANGELA BURLAMAQUI KLAUTAU
  • ANTONIO AZEVEDO DA COSTA
  • CLECIO CLEMENTE DE SOUZA SILVA
  • EDUARDO PADRON HERNANDEZ
  • MAURO MELCHIADES DORIA
  • MILORAD MILOSEVIC
  • Data: Nov 23, 2021


  • Show Abstract
  • The precise control of skyrmionics and magnonics in magnetic materials is key to the development of novel spin-based technology and information transport applications. Essentially, the inherent stability of magnetic skyrmions (provided by their topological charge) together with their extremely small size (down to a few nanometers) and the ultralow threshold current necessary to move them in nanostructures are the main advantages of skyrmionics. Not least, magnonics offers lower power consumption compared to electronics and the excitation of high frequency (sub-100~nm wavelength) magnons makes it possible for the creation of nanometric devices for ultrafast information transport. Even though extensive research has been carried out in recent years, the precise manipulation of skyrmions and spin waves (magnons) in nanostructures is not fully mastered and needs to be addressed before making functional skyrmionic and magnonic devices. In this thesis, we reveal multiple alternatives for the manipulation of skyrmions and spin-waves in different materials, such as bulk chiral magnets, heterochiral structures, magnet-supperconductor hybrids and two-dimentional magnetic materials. We make use of a multiscale model to numerically simulate the magnetic states at each considered material, from micromagnetic to atomistic control. We first explore the different nucleation mechanisms, activation energy, and the time evolution of the skyrmion formation in chiral magnetic films, crucial for the realization of skyrmion-based devices. We show that the skyrmion lattice is formed from the conical phase progressively, most probably by the formation of chiral bobbres, followed by the cylindrical growth of individual skyrmions from the film surface. That reflects a rod-like (one-dimensional) nucleation of the skyrmion phase, with an activation barrier of several electronvolts per skyrmion for the case of MnSi (Manganese monosilicide). In addition, we reveal the interesting blinking (creation-annihilation) behavior of skyrmions close to the phase boundary between the conical and skyrmion phases, where we recall that such switching between topologically distinct states has been proposed as a bit operation for information storage. Next, we discuss the motion of ferromagnetic and antiferromagnetic skyrmions in heterochiral magnets. We report the characteristic deflection of ferromagnetic skyrmions when moving across a heterochiral interface, where the extent of such deflection is tuned by the applied spin-polarized current and the magnitude of Dzyaloshinskii-Moriya interaction. Following, we show that the antiferromagnetic skyrmion achieves much higher velocities than its ferromagnetic counterpart, yet experiences far stronger confinement in nanoengineered heterochiral tracks, which reinforces antiferromagnetic skyrmions as a favorable choice for skyrmion-based devices. After that, we study the interesting coupling of magnetic skyrmions and superconducting vortices in magnet-superconductor heterostructures. We perform numerical simulations, based on experimental observations, to demonstrate that the stray field of magnetic skyrmions can nucleate antivortices in an adjacent superconducting film, giving rise to a hybrid topological object, the skyrmion-vortex pair, which harbor promising features for skyrmionics and quantum computing applications. We then explore the manipulation of a single skyrmion-vortex pair when currents are applied into both superconducting and magnetic parts of the heterostructure, which is of importance for the facilitated skyrmion guidance in racetrack applications. Afterwards, we make use of the high tunability of magnetic parameters in two-dimensional magnetic materials to reveal the rich phase diagram of exotic magnetic configurations in magnetic monolayers with suppressed nearest-neighbour exchange, where we show that several unique cycloidal, checkerboard, row-wise and spin-ice states are stabilized by the competition between the second-nearest-neighbor exchange, Dzyaloshinskii-Moriya, and dipolar interactions. Additionally, we show the coexistence of ferromagnetic and antiferromagnetic spin-cycloids, as well as novel types of skyrmions and chiral domain walls. Finally, in the last part of the thesis, we present the spin wave properties in the two-dimensional magnetic materials CrBr$_3$ and CrI$_3$. Using spin-dynamics simulations parametrized from first principles, we reveal that the spin wave dispersion in such materials can be tuned in a broad range of frequencies by strain-engineering, and that a designed pattern of strain, as well as structural defects (halide vacancies) can be turned useful in the design of spin-wave guides. Lastly, we discuss the realization of magnonic crystals by moir\'e-periodic modulation of magnetic parameters in van der Waals heterostructures, where we show that the several nanometer small periodicities in such samples are ideal for the interference of terahertz spin waves. Recalling the wide range of possibilities for manipulating spin waves in such two-dimensional materials, we therefore suggest these systems as a front-runner for prospective terahertz magnonic applications.

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  • YOSDAN MARTÍNEZ CAMEJO
  • Estudo das propriedades magnéticas da cromita de Európio dopada com Hólmio


  • Advisor : MICHAEL CABRERA BAEZ
  • COMMITTEE MEMBERS :
  • CARLOS RETTORI
  • JULIÁN ANDRÉS MUNÉVAR CAGIGAS
  • EDUARDO PADRON HERNANDEZ
  • MICHAEL CABRERA BAEZ
  • RENE RODRIGUES MONTENEGRO FILHO
  • Data: Dec 3, 2021


  • Show Abstract
  • O ajuste de propriedades magnéticas em sistemas nanoestruturados por substituição química oferece excelentes oportunidades para explorar novas funcionalidades juntamente com a física envolvida. Aqui apresentamos as propriedades estruturais, microestruturais e magnéticas de nanopartículas de Eu1−xHoxCrO3 (x = 0.0, 0.5 e 1.0) preparadas pela técnica de reação de combustão. A substituição de Ho por Eu perturba o sistema levando a uma redução do volume da célula unitária de 224.6(8) Å3 para x = 0.0 a 218.3(8) Å3 para x = 1.0 que coincide com uma contração de 3.5 % do ângulo de ligação Cr-O-Cr, conforme revelado pelas medições de DRX. Concomitantemente, a partir de medidas de suscetibilidade magnética dc, também foi observada uma forte redução das temperaturas de Néel e Curie-Weiss (de TCrN = 178.0 K e ΘCrCW = −477.32 K para x = 0.0 a TCrN = 140.0 K e ΘCrCW = −22.01 K para x = 1.0) associado à interação Cr - Cr. As medições de magnetização de baixa temperatura (M vs H) revelam uma componente ferromagnética fraca conforme Ho entra no sistema, sugerindo uma modificação do campo molecular interno. Os resultados acima e a correlação estrutura magnetismo podem ser explicados combinando a suscetibilidade do tipo Van-Vleck associada a íons Eu, a troca antissimétrica (interação Dzyaloshinskii-Moriya) incluindo a modificação do ângulo Cr-O-Cr e a análise convencional de Curie-Weiss em altas temperaturas.

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