PPGFIS PROGRAMA DE POS-GRADUACAO EM FISICA - CCEN DEPARTAMENTO DE FISICA - CCEN Telefone/Ramal: Não informado
Dissertações/Teses

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

  • Orientador : JOSE AMERICO DE MIRANDA NETO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • PAULO ROBERTO DE SOUZA MENDES
  • ANTONIO MURILO SANTOS MACEDO
  • JOSE AMERICO DE MIRANDA NETO
  • Data: 27/01/2022

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  • 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.


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  • 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

  • Orientador : JOSE AMERICO DE MIRANDA NETO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • JOSE AMERICO DE MIRANDA NETO
  • LUIZ FELIPE CAVALCANTI PEREIRA
  • RAFAEL MENEZES DE OLIVEIRA
  • Data: 28/01/2022

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  • 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.


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  • 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

  • Orientador : EDUARDO PADRON HERNANDEZ
  • MEMBROS DA BANCA :
  • EDUARDO PADRON HERNANDEZ
  • RENE RODRIGUES MONTENEGRO FILHO
  • ROBERTO LAZARO RODRIGUEZ SUAREZ
  • Data: 22/02/2022

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  • 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.


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  • 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

  • Orientador : JOSE WELLINGTON ROCHA TABOSA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ROMAIN PIERRE MARCEL BACHELARD
  • DANIEL FELINTO PIRES BARBOSA
  • JOSE WELLINGTON ROCHA TABOSA
  • JOÃO CARLOS DE AQUINO CARVALHO
  • Data: 24/02/2022

  • Mostrar Resumo
  • 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.


  • Mostrar 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.

5
  • RICARDO DE LIMA SILVEIRA
  • Variação induzida por confinamento do decaimento em lei de potência do parâmetro de ordem no efeito de proximidade em baixas temperaturas

  • Orientador : MIHAIL CROITORU
  • MEMBROS DA BANCA :
  • NATALIA PUGACH
  • ANTONIO RODRIGUES DE C.ROMAGUERA
  • JOSE ALBINO OLIVEIRA DE AGUIAR
  • MIHAIL CROITORU
  • Data: 21/03/2022

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  • Essa dissertação tem por obejtivo investigar como o efeito de proximidade é afetado pelo
    confinamento quântico de portadores de carga. Esse fenômeno, que consiste essencialmente
    na difusão de correlações supercondutoras para um metal não supercondutor, tem sido amplamente
    estudado ao longo de várias décadas, mas nem tanto no regime em que o confinamento
    quântico de elétrons afeta as propriedades do sistema. Almejamos, mais especificamete, determinar
    a forma funcional para o decaimento da amplitude de pares em nanocilindrindos de
    metal normal no limite balístico e à temperatura nula. Sabe-se que o confinameno quântico
    leva a oscilações nos valores de grandezas supercondutoras, como o gap de energia. Pode-se
    esperar que isso afete o quão forte é o decaimento da função de onda de um par no metal
    normal. Para investigar esse problema, resolvemos as equações de Bogoliubov-de Gennes de
    forma autoconsistente em nanofios com diferentes valores de diâmetro. Baseados na literatura
    sobre o efeito de proximidade em baixas temperaturas em metais balísticos, modelamos
    o comportamento das correlações supercondutoras no metal normal por um decaimento em
    lei de potência inversa, com expoente 𝛼. O valor desse parâmetro é extraído dos dados obtidos
    numericamente para cada diâmetro. Obtivemos que esse parâmetro segue um padrão
    oscilatório cujos picos e vales correspondem àqueles observados no gap de energia.


  • Mostrar 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.

6
  • MATHEUS DE ARAUJO SARMENTO
  • Introdução à supercondutividade e autodualidade como um mecanismo de cooperação para a emergência decomplexidade

  • Orientador : ERNESTO CARNEIRO PESSOA RAPOSO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ERNESTO CARNEIRO PESSOA RAPOSO
  • LEONARDO RIBEIRO EULALIO CABRAL
  • ALEXEI VAGOV
  • IVAN LARKIN
  • ARKADY SHANENKO
  • Data: 23/03/2022

  • Mostrar Resumo
  • Inicialmente conduzimos uma revisão da supercondutividade e examinamos uma variedade de tópicos, incluindo a teoria de Fermi-Landau, a teoria genérica de Landau de transição de fase com foco em Ginzburg-Landau, o modelo Fhrölich, Bardeen -Teorias de Cooper-Schrieffer e Bogoliubov, bem como sua conexão com estados coletivos coerentes de Glauber. Estabelecemos a conexão entre teorias microscópicas e GL, resultado pioneiro de Gor’kov, e desenvolvimentos recentes na teoria Extended Ginzburg-Landau (EGL) por A.Shanenko e A.Vagov et al. - um passo além de Gor’kov, fornecendo uma expansão auto-consistente válida mais longe da temperatura crítica. O resultado é reproduzido pela formulação de um método eficiente para calcular teorias de Landau de ordem mais alta para transição de fase superfluida (na ausência do acoplamento de campo de indução). Isso é realizado pela construção de um dicionário diagramático e uma coleção concisa de regras. A principal contribuição original deste trabalho, no entanto, é a descrição de novas soluções semi-analíticas para as soluções supercondutoras auto-duais no ponto Bogomol’nyi (𝜅 = 1/√2) e sua correspondência com o aparecimento de padrões semelhantes aos da medição pioneira de U.Krägeloh (1967) em "Flux line lattices in the middle state of superconductors near 𝜅 = 1/√2". As soluções semi-analíticas são denominadas listra, bolha e rosca. Elas exibem termodinâmica estável além de 𝜅 = 1/√2, no domínio ’intertype’, como prevemos a partir da teoria Extended Ginzburg Landau. As simulações no modelo de Ginzburg-Landau dependente do tempo são executadas a partir de configurações semelhantes às soluções semi-analíticas como ab initio ansatz, a solução evoluída no tempo coincide qualitativamente com os resultados experimentais de Krägeloh. Os resultados obtidos permitem questionar uma visão amplamente aceita de como a complexidade se desenvolve. Apresentamos uma fenomenologia em que ’colaboração’ ao invés de ’competição’ é a palavra chave mais adequada para justificar o surgimento da complexidade.


  • Mostrar 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.

7
  • POLLYANNA MICHELLE PIRES DE ALENCAR
  • Automodulação de Fase Espacial em Solventes Orgânicos

  • Orientador : LEONARDO DE SOUZA MENEZES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ALBERT STEVENS REYNA OCAS
  • ANDERSON STEVENS LEONIDAS GOMES
  • LEONARDO DE SOUZA MENEZES
  • Data: 29/03/2022

  • Mostrar Resumo
  • 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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  • 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

  • Orientador : EDUARDO PADRON HERNANDEZ
  • MEMBROS DA BANCA :
  • EDUARDO PADRON HERNANDEZ
  • MICHAEL CABRERA BAEZ
  • JOAO MARIA SOARES
  • JOAQUIM BONFIM SANTOS MENDES
  • Data: 28/04/2022

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  • 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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  • 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
  • Determinação numérica de modelos locais em redes

  • Orientador : FERNANDO ROBERTO DE LUNA PARISIO FILHO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • RAFAEL LUIZ DA SILVA RABELO
  • FERNANDO ROBERTO DE LUNA PARISIO FILHO
  • NADJA KOLB BERNARDES
  • Data: 13/05/2022

  • Mostrar Resumo
  • Valendo-se do fato de que as cardinalidades de variáveis ocultas em cenários de rede podem ser assumidas finitas sem perda de generalidade, foi desenvolvida uma ferramenta numérica para encontrar modelos locais explícitos que reproduzem um comportamento estatístico dado. O procedimento numérico foi então utilizado para obter estimativas numéricas para dois problemas interessantes no contexto de não-localidade em redes: i) para qual visibilidade crítica a distribuição GHZ deixa de ser local no cenário triangular sem inputs; ii) qual a fronteira do conjunto local em uma dada secção bidimensional do espaço de probabilidades para a rede bilocal com inputs e outputs binários.


  • Mostrar 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

  • Orientador : EDUARDO PADRON HERNANDEZ
  • MEMBROS DA BANCA :
  • AZADEH MOHAMMADI
  • EDUARDO PADRON HERNANDEZ
  • ROBERTO LAZARO RODRIGUEZ SUAREZ
  • Data: 17/06/2022

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  • 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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  • 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

  • Orientador : JOSE ROBERTO RIOS LEITE
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANTONIO AZEVEDO DA COSTA
  • HUGO LEONARDO DAVI DE SOUZA CAVALCANTE
  • JOSE ROBERTO RIOS LEITE
  • Data: 28/06/2022

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  • 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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  • 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.

Teses
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  • 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

  • Orientador : ERNESTO CARNEIRO PESSOA RAPOSO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • MARCOS GOMES ELEUTERIO DA LUZ
  • ERNESTO CARNEIRO PESSOA RAPOSO
  • MAURICIO DOMINGUES COUTINHO FILHO
  • RENE RODRIGUES MONTENEGRO FILHO
  • ROBERTO RIVELINO DE MELO MORENO
  • Data: 18/02/2022

  • Mostrar Resumo
  • 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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  • 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.

2
  • JOÃO GUILHERME FERREIRA CAMPOS
  • interactions between topological defects in (1+1) dimensions

  • Orientador : AZADEH MOHAMMADI
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ADALTO RODRIGUES GOMES DOS SANTOS FILHO
  • DIONISIO BAZEIA FILHO
  • AZADEH MOHAMMADI
  • CLECIO CLEMENTE DE SOUZA SILVA
  • SHAHRAM JALALZADEH
  • Data: 22/02/2022

  • Mostrar Resumo
  • 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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  • 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.

3
  • JEFFERSON AUGUSTO DE OLIVEIRA GALINDO
  • Nanotermometria baseada em luminescência com nanopartículas individuais de ítria codopadas com lantanídeos e defeitos únicos de nitrogênio-vacância em nanodiamantes

  • Orientador : LEONARDO DE SOUZA MENEZES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • LEONARDO DE SOUZA MENEZES
  • LUCIO HORA ACIOLI
  • MARCIO HERACLYTO GONCALVES DE MIRANDA
  • NIKIFOR RAKOV GOMEZ
  • ANDRE DE LIMA MOURA
  • Data: 30/03/2022

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  • Nas últimas duas décadas, o desenvolvimento de materiais luminescentes em nanoescala que apresentam propriedades ópticas dependentes da temperatura levou ao surgimento dos chamados nanotermômetros luminescentes. Atualmente, esses sensores são os principais responsáveis por desvendar os fenômenos relacionados à temperatura na escala sub-micrométrica sendo usados, por exemplo, para medir distribuições de temperatura dentro de células vivas e detectar hotspots em nano/microcircuitos. No entanto, apesar de medidas de temperatura com resoluções espaciais nanométricas poderem ser obtidas com esses termômetros, a maior parte da literatura atual sobre nanotermometria de luminescência relata dados obtidos com ensembles. A falta de cuidado com as características particulares de cada nanotermômetro pode levar a imprecisões importantes nas medidas de temperatura. Portanto, neste trabalho, as capacidades de sensoriamento térmico de nanotermômetros luminescentes individuais são investigadas através do uso de duas técnicas diferentes em uma faixa de temperatura compatível com sistemas biológicos. Mais especificamente, esta Tese relata e discute dois estudos experimentais sobre nanotermometria, onde o primeiro baseia-se em caracterizar como nanotermômetros os mesmos cinco nanocristais (NCs) de ítria codopados com Yb3+/Er3+ quando embebidos em diferentes ambientes (ar, água e etilenoglicol) aplicando técnica de Razão de Intensidade de Luminescência (LIR). O segundo estudo relata a caracterização de três nanodiamantes individuais contendo um único defeito de nitrogênio-vacância carregado negativamente () como nanotermômetros luminescentes, através da técnica de Ressonância Magnética Opticamente Detectada (ODMR). Os resultados obtidos implementando a razão de intensidade mostram que o comportamento termométrico de cada NC no ar e na água são equivalentes, retornando sensitividades relativas e resoluções térmicas tão altas quanto 2.3 % K-1 e 0.4 K, respectivamente. Observou-se também que os parâmetros termométricos medidos, como resolução térmica e sensibilidade relativa, de cada nanotermômetro podem ser determinados com maior precisão se comparados àqueles obtidos a partir da média dos cinco NCs. As maiores incertezas dos parâmetros médios estão relacionadas às variações de tamanho dos NCs, que se manifestam pelas diferenças na relação superfície/volume dos NCs selecionados. Esta suposição é reforçada pela observação de uma correlação entre os parâmetros termométricos dos NCs individuais com o seu brilho, apresentando uma dependência consistente com a variação esperada na relação superfície/volume.  Além disso, a relevância da interação NC-solvente torna-se evidente quando estes são incorporados em etilenoglicol, para o qual os modos vibracionais moleculares podem interagir de forma ressonante com os estados excitados eletrônicos dos íons de Er3+. Enquanto isso, os resultados de nanotermometria com defeitos únicos de  em nanodiamantes também apresentam diferenças nos parâmetros térmicos medidos entre os nanotermômetros selecionados. Foi observada uma dependência linear das frequências de ressonância eletrônica de spin dos defeitos com a temperatura, medidas através da técnica de ODMR, e variam entre 88 kHz K-1 a 110 kHz K-1 para os três nanodiamantes. As diferentes respostas térmicas podem ser causadas pela presença de defeitos estruturais, impurezas e tensão interna. Esse argumento é reforçado pela correlação observada entre o parâmetro de tensão medido e a dependência da temperatura das frequências ESR para cada nanodiamante. Os resultados corroboram aqueles obtidos para os nanotermômetros individuais codopados com íons lantanídeos. Ademais, um sistema de rastreamento de frequências de ESR baseado em Arduino é implementado para monitorar mudanças contínuas de temperatura da amostra com um nanodiamante durante longos tempos (1h), resultando em resoluções térmicas tão altas quanto 1.7 K. O sistema de monitoramento de temperatura pode ser implementado para medir as inomogeneidades espaciais de temperatura em estruturas nanométricas com resolução espacial limitada apenas pelo tamanho do nanotermômetro (25 nm). Portanto, os resultados relatados nesta Tese apontam para a importância da calibração de nanotermômetros luminescentes individuais e sua interação com o meio circundante, reforçando as capacidades de sensoriamento térmico de altíssima resolução de NCs individuais codopados com íons de lantanídeos e de defeitos únicos em nanodiamantes.


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  • 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.

4
  • NATHAN LIMA PESSOA
  • Caracterização de séries temporais em sistemas físicos: do transporte eletrônico em condutores mesoscópicos à dinâmica da pandemia de COVID-19

  • Orientador : ANTONIO MURILO SANTOS MACEDO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • GERSON FERREIRA JUNIOR
  • ANTONIO MURILO SANTOS MACEDO
  • LUCA ROBERTO AUGUSTO MORICONI
  • LUIZ FELIPE CAVALCANTI PEREIRA
  • SHAHRAM JALALZADEH
  • Data: 29/04/2022

  • Mostrar Resumo
  • 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.


  • Mostrar 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
  • Nanopartículas de ítria dopadas com terras-raras como sensores de temperatura para ressonadores de modos de galeria de sussurro

  • Orientador : LEONARDO DE SOUZA MENEZES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDERSON MONTEIRO AMARAL
  • CARLOS JACINTO DA SILVA
  • EDUARDO PADRON HERNANDEZ
  • LEONARDO DE SOUZA MENEZES
  • RENATO EVANGELISTA DE ARAUJO
  • Data: 30/06/2022

  • Mostrar Resumo
  • Nesta tese, nanocristais (NCs) de Y2O3 (ítria) dopados com íons terra-rara, mais especificamente Nd3+ e Er3+,Yb3+ são analisados como sensores de temperatura para ressonadores de modos de galeria de sussurro (MGS). Os íons foram escolhidos de maneira a coincidir com os comprimentos de onda disponíveis para acoplamento de MGS em uma microesfera de sílica, de modo que múltiplos parâmetros de sensibilidade pudessem ser obtidos com um mesmo comprimento de onda de excitação. As microesferas de sílica e os NCs usados nesta tese têm diâmetros de cerca de 100 μm e 150 nm respectivamente. A dimensão muito menor dos NCs quando comparados às microesferas garante que o equilíbrio térmico não seja perturbado no meio de interesse (i. e., as microesferas) durante as medidas de temperatura. Para entender os efeitos das vibrações na rede de materiais como a ítria nas propriedades espectroscópicas dos íons ativos, o conceito de fônon é introduzido por meio da quantização das vibrações da rede e as larguras e posições das linhas espectrais do Nd3+ em Y2O3 são discutidas como um exemplo das interações íon-fônon seguindo o modelo de Debye. Além disso, as bases teóricas do acoplamento de MGS são derivadas a partir da equação modal para uma microesfera e algumas simulações são realizadas para o sistema de interesse. Esse sistema é então considerado para aplicações de sensor de temperatura e os efeitos de uma ponteira de campo próximo como uma nanopartícula próximo à superfície da microesfera são calculados usando o espalhamento Rayleigh. Alguns experimentos de controle foram realizados para otimizar o aparato experimental para acoplamento de MGS usando a configuração de acoplamento microesfera-prisma. Um nanotermômetro baseado em NCs individuais de Nd3+:Y2O3 fundamentado na razão entre linhas de emissão termicamente acopladas é apresentado, seguido por outro sistema baseado em ítria, Er3+,Yb3+:Y2O3. Ambos os sistemas são caracterizados pela excitação de nanopartículas individuais com baixa potência e laser contínuo e os resultados foram descritos por um modelo de equações de taxa que considera as interações multifônon. Por fim, experimentos futuros são propostos para o sistema de  Nd3+:Y2O3, que apresentou resultados promissores como sensor de temperatura para micro ressonadores, considerando os aspectos teóricos e experimentais dos MGS e espectroscopia de luminescência.  


  • Mostrar 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.

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

  • Orientador : CLECIO CLEMENTE DE SOUZA SILVA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ALEXANDRE DA SILVA ROSAS
  • CLECIO CLEMENTE DE SOUZA SILVA
  • PAULO ROBERTO DE ARAUJO CAMPOS
  • Data: 25/06/2021

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  • 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

  • Mostrar 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
  • Efeitos da interação de três corpos sobre fases estruturais de agregados clássicos bidimensionais

  • Orientador : CLECIO CLEMENTE DE SOUZA SILVA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • MAURO MELCHIADES DORIA
  • CLECIO CLEMENTE DE SOUZA SILVA
  • LEONARDO RIBEIRO EULALIO CABRAL
  • Data: 29/06/2021

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  • Sistemas fsicos com um grande numero de componentes podem apresentar, alem das
    interac~oes usuais de dois corpos, contribuic~oes de tr^es, quatro ou mais corpos no Hamiltoniano.
    Frequentemente, esses termos de muitos corpos s~ao ignorados em estudos
    numericos devido ao alto custo de processamento que normalmente acarretam. No entanto,
    termos de muitos corpos s~ao responsaveis por diversas correc~oes de interesse em
    coloides carregados e tambem pela modi cac~ao estrutural de aglomerados de vortices
    de Abrikosov em supercondutores.
    O objetivo deste trabalho e determinar o efeito do termo de tr^es corpos nas propriedades
    de aglomerados bidimensionais de partculas classicas interagentes. Para
    isso, realizamos estudos semi-analticos e a minimizac~ao numerica da energia livre do
    sistema, utilizando um procedimento de recozimento (annealing) simulado baseado na
    din^amica de Langevin.
    Foram consideradas N partculas (3  N  50) con nadas em um potencial parabolico
    Uconf e interagindo repulsivamente a partir de um potencial de dois corpos U2b. Alguns
    dos mais estudados potenciais de dois corpos foram considerados: logartmico, Coulomb
    e Yukawa. A novidade deste trabalho consistiu em adicionar um potencial U3b de tr^es
    corpos Gaussiano de curto alcance, com intensidade variavel. Os resultados foram
    comparados com o caso tpico, onde somente est~ao presentes Uconf e U2b (U3b = 0).
    Nessa condic~ao, obtivemos os tpicos arranjos de partculas em aneis conc^entricos, ja
    amplamente registrados pela literatura.
    Os nossos achados incluram a modi cac~ao dos numeros de ocupac~ao dos aneis e o
    surgimento de uma transic~ao do tipo primeira ordem associado ao fen^omeno de biestabilidade
    devido a competic~ao entre U2b e U3b. Essa transic~ao foi acompanhada por uma
    abrupta compactac~ao do sistema, especialmente para N > 20, em todos os potenciais
    U2b, e um efeito de separac~ao de fase a partir de N = 40, em que o aglomerado unico
    foi dividido em outros menores. Esses resultados mostram que a simples adic~ao de um
    termo monot^onico de tr^es corpos no potencial de interac~ao de N partculas con nadas
    pode induzir mudancas dramaticas nas con gurac~oes de equilbrio e, portanto, n~ao deve
    ser ignorado nesses sistemas de partculas.


3
  • ARTHUR CESARE MESSIAS VIANA PEREIRA
  • Espectroscopia não linear e geração de imagem fotoacústica com nanopartículas de nitreto titânio

  • Orientador : ANDERSON STEVENS LEONIDAS GOMES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDERSON STEVENS LEONIDAS GOMES
  • DENISE MARIA ZEZELL
  • LUCIO HORA ACIOLI
  • Data: 23/07/2021

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  • 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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  • 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.

4
  • WEVERTON LUCAS DA SILVA ROSENDO
  • Estatística Fracionário do Modelo de Hubbard de Alcance Infinito em Redes Hipercúbicas

  • Orientador : MAURICIO DOMINGUES COUTINHO FILHO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ADAUTO JOSE FERREIRA DE SOUZA
  • MAURICIO DOMINGUES COUTINHO FILHO
  • RENE RODRIGUES MONTENEGRO FILHO
  • Data: 25/10/2021

  • Mostrar Resumo
  • 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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  • 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
  • Aventuras cósmicas no país das cordas: espalhamento de campos bosônicos e fermiônicos em espaços-tempo de cordas cósmicas

  • Orientador : AZADEH MOHAMMADI
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ILIA CHAPIRO
  • AZADEH MOHAMMADI
  • FERNANDO ROBERTO DE LUNA PARISIO FILHO
  • Data: 08/11/2021

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  • Cordas cósmicas são defeitos topológicos cilindricamente simétricos que espera-se que tenham se formado
    durante algumas transições de fase no universo primordial quando o campo de Higgs adquiriu um valor nãonulo.
    Por serem estreitas, numa escala cosmológica, elas são comumente estudadas utilizando a aproximação
    de fio (wire approximation) na qual considera-se que o raio da corda é nulo. Embora essa aproximação faça
    sentido num contexto cosmológico, a interação gravitacional local desses objetos com campos de matéria pode
    ser muito relevante quando consideramos um raio não-nulo. De forma geral, o espaço-tempo ao redor de um
    vórtice é plano no centro, possui curvatura localizada a uma distância finita da origem, e é plano e cônico longe
    do centro. A estrutura cônica é caracterizada por uma coordenada angular variando de 0 a menos que 2, isto
    é, o espaço-tempo possui um déficit angular. Nosso trabalho mostra que quando consideramos o espalhamento
    de um campo escalar no espaço-tempo de uma corda cósmica, a amplitude de espalhamento encontrada a
    partir da abordagem usual de ondas parciais é divergente. Para evitar a singularidade causada pela estrutura
    assintoticamente cônica do espaço-tempo, nós propomos uma modificação do ansatz assintótico no formalismo
    de ondas parciais e encontramos correções no desvio de fase e na seção de choque total. Também desenvolvemos um modelo simplificado para a métrica de uma corda cósmica e mostramos como a interação com o campo de calibre do vórtice afeta a seção de choque do campo escalar. Após isso aplicamos o formalismo para um campo de Dirac e explicitamente mostramos a fórmula da seção de choque para o caso fermiônico. Por fim, estudamos o espalhamento de campos bosônicos e fermiônicos no espaço-tempo de uma corda cósmica abeliana e não-abeliana e vimos que a seção de choque apresenta oscilações amortecidas. Para entender a origem desse comportamento usamos nosso modelo simplificado para mostrar que a estrutura assintótica do espaço-tempo causa essas oscilações.


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

  • Orientador : ANTONIO MURILO SANTOS MACEDO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANTONIO MURILO SANTOS MACEDO
  • ERNESTO CARNEIRO PESSOA RAPOSO
  • JORGE GABRIEL GOMES DE SOUZA RAMOS
  • Data: 29/11/2021

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  • 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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  • 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

  • Orientador : ANTONIO MURILO SANTOS MACEDO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANTONIO MURILO SANTOS MACEDO
  • RENE RODRIGUES MONTENEGRO FILHO
  • ANDERSON LUIZ DA ROCHA E BARBOSA
  • Data: 30/11/2021

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  • 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.


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  • 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.

Teses
1
  • TAWAN TAYRON ANDRADE DE CARVALHO
  • Relações de escala em criticalidade no cérebro

  • Orientador : MAURO COPELLI LOPES DA SILVA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • CLECIO CLEMENTE DE SOUZA SILVA
  • MAURO COPELLI LOPES DA SILVA
  • NESTOR FELIPE CATICHA ALFONSO
  • PAULO ROBERTO DE ARAUJO CAMPOS
  • SIDARTA TOLLENDAL GOMES RIBEIRO
  • Data: 02/07/2021

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  • 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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  • 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.

2
  • MAELYSON ROLIM FONSECA DOS SANTOS
  • Heurística e leis de escala para um problema complexo: a distribuição da diversidade linguística na Terra

  • Orientador : MARCELO ANDRADE DE FILGUEIRAS GOMES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • VIVIANE MORAES DE OLIVEIRA
  • AZADEH MOHAMMADI
  • MARCELO ANDRADE DE FILGUEIRAS GOMES
  • PAULO ROBERTO DE ARAUJO CAMPOS
  • TSANG ING REN
  • Data: 26/08/2021

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  • 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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  • 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.

3
  • RAÍ MACIEL DE MENEZES
  • Skyrmiônica e magnônica em ferromagnetos quirais: do controle micromagnético ao atomístico.

  • Orientador : CLECIO CLEMENTE DE SOUZA SILVA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANGELA BURLAMAQUI KLAUTAU
  • ANTONIO AZEVEDO DA COSTA
  • CLECIO CLEMENTE DE SOUZA SILVA
  • EDUARDO PADRON HERNANDEZ
  • MAURO MELCHIADES DORIA
  • MILORAD MILOSEVIC
  • Data: 23/11/2021

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  • O controle preciso da skyrmiônica e magnônica em materiais magnéticos é a chave para o desenvolvimento de novas tecnologias baseadas em spin. Essencialmente, a estabilidade inerente dos skyrmions magnéticos junto com seu tamanho extremamente pequeno e a corrente ultrabaixa necessária para movê-los em nanoestruturas são as principais vantagens da skyrmiônica. Não menos importante, a magnônica oferece menor consumo de energia em comparação à eletrônica e a excitação de magnons de alta frequência torna possível a criação de dispositivos nanométricos para o transporte de informação ultrarrápido. Nesta tese, revelamos várias alternativas para a manipulação de skyrmions e ondas de spin em diferentes materiais, como magnetos quirais espessos, estruturas heteroquirais, híbridos de supercondutores e magnetos, assim como materiais magnéticos bidimensionais. Fazemos uso de um modelo de multiescala para simular numericamente os estados magnéticos em cada material considerado, desde o controle micromagnético ao atomístico. Primeiramente, mostramos como a estrutura do skyrmion é formada progressivamente a partir da fase cônica e revelamos o comportamento interessante de criação-aniquilação de skyrmions. A seguir, discutimos o movimento de skyrmions ferromagnéticos e antiferromagnéticos em magnetos heteroquirais e o acoplamento de skyrmions com vórtices supercondutores em heteroestruturas magneto-supercondutoras. Em seguida, fazemos uso da alta gama de possibilidades de se manipular os parâmetros magnéticos em materiais bidimensionais para revelar um diagrama de fase rico de configurações, e apresentamos as propriedades de ondas de spins em tais materiais.


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  • 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.

4
  • YOSDAN MARTÍNEZ CAMEJO
  • Estudo das propriedades magnéticas da cromita de Európio dopada com Hólmio


  • Orientador : MICHAEL CABRERA BAEZ
  • MEMBROS DA BANCA :
  • CARLOS RETTORI
  • JULIÁN ANDRÉS MUNÉVAR CAGIGAS
  • EDUARDO PADRON HERNANDEZ
  • MICHAEL CABRERA BAEZ
  • RENE RODRIGUES MONTENEGRO FILHO
  • Data: 03/12/2021

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  • 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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  • 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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