Dissertações/Teses

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2022
Dissertações
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  • GUTEMBERG DA SILVA CARDOSO
  • Estudo paramétrico das propriedades mecânicas de lentes acústicas do tipo core-shell para geração de feixes superfocalizados

  • Orientador : JOSE HENRIQUE ARAUJO LOPES DE ANDRADE
  • MEMBROS DA BANCA :
  • GLAUBER JOSE FERREIRA TOMAZ DA SILVA
  • JOSE HENRIQUE ARAUJO LOPES DE ANDRADE
  • JOSE PEREIRA LEAO NETO
  • Theo Zeferino Pavan
  • Data: 25/02/2022

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  • O ultrassom é uma modalidade de imagem clínica segura, não invasiva e econômica amplamente utilizada em diagnóstico médico e ensaios não-destrutivos. Porém, apesar de todos os avanços atuais, devido a sua natureza clássica, a resolução lateral de sistemas de imagem por ultrassom é limitada a um comprimento de onda do feixe incidente. Essa limitação é conhecida como limite de difração. Feixes superfocalizados gerados por lentes em forma de esfera têm chamado a atenção devido à sua simplicidade e eficácia na produção de imagens de alta resolução e na tarefa de vencer o limite de difração. Esses feixes são gerados no lado de sombra da lente após o espalhamento de um campo de ultrassom incidente. Devido à dependência desses feixes com os parâmetros mecãnicos das lentes, um estudo detalhado das propriedades da lente é necessário para otimizar os sistemas e aplicações em imageamento de alta resolução. Assim, a presente dissertação visa o estudo paramétrico das propriedades mecânicas de lentes acústicas do tipo core-shell por meio de simulações numéricas. Para a realização de tal estudo, utilizamos o Método de Elementos Finitos (MEF) por meio do software comercial COMSOL Multiphysics. Todas as simulações foram realizadas com a lente submersa em um fluido ideal e irradiada por uma onda plana com frequência de 1MHz e comprimento de onda λ = 1,49 mm, onde variamos as propriedades mecânicas e as dimensões da lente core-shell. Nossas simulações utilizaram os módulos Pressure Acoustics, Frequency Domain e Solid Mechanics, onde em seguida foram calculados os parâmetros característicos dos feixes superfocalizados gerados. Nossos resultados mostraram que os parâmetros de feixes gerados com uma casca de Rexolite e núcleos de fluidos são mais sensíveis em comparação com núcleos metálicos, de forma que os primeiros possuem maior versatilidade em termos de aplicações em sistemas de alta resolução. Variando o raio do núcleo e a espessura da casca, obtivemos variações expressivas dos parâmetros dos feixes. Este estudo pode ser uma ferramenta útil para projetar novos transdutores de elemento único para aplicações em sistemas de imagem de alta resolução.


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  • Ultrasound is a safe, non-invasive, and cost-effective clinical imaging modality widely used in medical diagnostics and non-destructive testing. However, despite all current advances, due to its classical nature, the lateral resolution of ultrasound imaging systems is limited to one wavelength of the incident beam. This limitation is known as the diffraction limit. Superfocused beams generated by sphere-shaped lenses have attracted attention due to their simplicity and effectiveness in producing high resolution images and in the task of overcoming the diffraction limit. These beams are generated on the shadow side of the lens after scattering an incident ultrasound field. Due to the dependence of these beams on the mechanical parameters of the lens, a detailed study of the lens properties is necessary to optimize high resolution imaging systems and applications. Thus, the present dissertation aims at the parametric study of the mechanical properties of core-shell acoustic lenses through numerical simulations. To carry out this study, we used the Finite Element Method (FEM) through the commercial software COMSOL Multiphysics. All simulations were performed with the lens submerged in an ideal fluid and irradiated by a plane wave with a frequency of 1MHz and wavelength λ = 1.49 mm, where we varied the mechanical properties and dimensions of the lens core-shell. Our simulations used the modules Pressure Acoustics, Frequency Domain and Solid Mechanics, where the characteristic parameters of the generated superfocused beams were then calculated. Our results showed that the parameters of beams generated with a Rexolite shell and fluid cores are more sensitive compared to metallic cores, so that the former have greater versatility in terms of applications in high resolution systems. By varying the core radius and the shell thickness, we obtained expressive variations in the parameters of the beams. This study can be a useful tool for designing new single-element transducers for applications in high-resolution imaging systems.

2
  • JEFFERSON DA ROCHA SILVA
  • Transmissão e reflexão de feixes eletromagnéticos por um material em camadas com simetria PT

  • Orientador : PAULO CESAR AGUIAR BRANDAO FILHO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ALEX EMANUEL BARROS COSTA
  • PAULO CESAR AGUIAR BRANDAO FILHO
  • SOLANGE BESSA CAVALCANTI
  • Data: 25/02/2022

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  • Introduzimos um modelo para a interação entre um feixe Gaussiano e uma estrutura dielétrica composta
    por três camadas isotrópicas com ganho e perda equilibrados,satisfazendo a condição de simetria PT,com a camada central sendo passiva (sem ganho ou perda). Nosso objetivo é calcular os coeficientes de reflexão e transmissão do sistema e verificar a dependência dos mesmos com relação às propriedades geométricas e de ganho/perda dos materiais.A camada central possui um comprimento que pode ser controlado, variando de zero (bi-camada) até um valor finito (tri-camada) e a taxa de ganho e perda das duas camadas ativas pode ser controlada variando a parte imaginária do índice de refração.Comparamos os resultados obtidos para o feixe Gaussiano com o modelo de onda plana usual e discutimos asdiferenças encontradas entre os dois modelos.


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  • We introduce a model for the interaction between a Gaussian beam and a dielectric structure composed of three isotropic layerswith balanced gain and loss, satisfyingthePT symmetry condition,with the central layerbeinga passive one (no gain or loss). Our objective is to calculate the reflection and transmission coefficients of the system and verity their dependence on the geometrical and gain/loss properties of the materials. The size of the central layer can be controlled, varying from zero (by-layer) to a finite value (tri-layer) and the gain/loss rate of the active layers can also be controlled by varying the imaginary part of the refractive index. We compare the results obtained with the Gaussian beam with the usual plane wave model and the differences found between both models are discussed.

3
  • JEFFERSON DEYVIS DOS SANTOS SILVA
  • Transferência de estados quânticos em cadeias com correlações  na desordem

  • Orientador : FRANCISCO ANACLETO BARROS FIDELIS DE MOURA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • FRANCISCO ANACLETO BARROS FIDELIS DE MOURA
  • GUILHERME MARTINS ALVES DE ALMEIDA
  • Adauto José Ferreira de Souza
  • Data: 28/02/2022

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  • Neste Trabalho, estudamos a dinâmica de um elétron em um canal unidimensional desordenado. O formalismo empregado baseia-se na solução da equação de Schrödinger através do operador de evolução temporal, onde o hamiltoniano, que é explicitado em forma matricial, considerando-se a base dos orbitais, é diagonalizado computacionalmente. Apesar do alto custo computacional, os métodos numéricos empregados possibilitam realizar uma análise precisa da dinâmica do elétron, uma vez que estamos lhe dando com a solução formal da equação de Schrödinger. O potencial desordenado inserido no hamiltoniano, possui uma correlação de longo alcance. O cálculo empregado, permite-nos entender a natureza dos estados do modelo proposto, a partir do uso das propriedades de localização discutidas ao longo do texto, variando o comprimento de correlação do potencial desordenado, além de verificar se o sistema em questão é um bom candidato a realizar transferência de estados quânticos. Também realizamos cálculos numéricos que envolvem as propriedades de transporte, para o canal de átomos propostos, permitindo-nos encontrar com precisão alguns parâmetros ajustáveis que nos possibilitem encontrar maior fidelidade possível em uma transferência de estados quânticos.


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  • In this work, we study the dynamics of an electron at a desorderd potential. the formalism used is based on the solution of the Schrödinger equation, through the time evolution operator, where the Hamiltonian, which is given by a matrical form, on the obital basis, is computationally diagonalized. Despite the high computational cost, the numerical methods employed make it possible to carry out a precise analysis of the electron dynamics, once we deal with the formal solution of Schrödinger equation. The disordered potential embedded in the Hamiltonian has a long range correlation. The calculation allows us to understand the nature of the states of the proposed model, Using the location properties discussed throughout the text, changing the correlation length of the disordered potential, in addition to verifying whether the system in question is a good candidate to perform quantum state transfer. For the proposed atom channel, we also perform numerical calculations involving transport properties. allowing us to find precisely some adjustable parameters that allow us to find the highest possible fidelity in a transfer of quantum states.

4
  • AMANDA INGRID DOS SANTOS BARBOSA
  • Estudo Teórico-Experimental das Propriedades Ópticas e Estruturais de Nanocristais de Dióxido de Titânio Puros e Dopados com Íons de Manganês

  • Orientador : ANIELLE CHRISTINE ALMEIDA SILVA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • RICARDO SOUZA DA SILVA
  • ANIELLE CHRISTINE ALMEIDA SILVA
  • MARCOS VINICIUS DIAS VERMELHO
  • Data: 03/03/2022

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  • O dióxido de titânio (TiO2) é um semicondutor que apresenta absorção e emissão na região do ultravioleta, fotoestabilidade, propriedades catalíticas e osseointegradoras, podendo ter utilizado em diversas aplicações tecnológicas e médicas, tais como, catalisadores, dispositivos fotovoltaicos e agentes osseointegradores. A incorporação de íons de metais de transição (MT) em semicondutores gera propriedades magneto-ópticas que podem ser sintonizadas em função da concentração de dopante. Poucos trabalhos na literatura estudam as propriedades estruturais, morfológicas e ópticas de TiO2 dopado com MT. Portanto, a fim de entender como as propriedades físicas e químicas podem ser influenciadas em função da concentração de dopante, neste trabalho foram sintetizados e caracterizados nanocristais (NCs) de TiO2 dopado com concentrações crescentes de íons de manganês (Mn+2) pelo método de precipitação química. As propriedades estruturais foram investigadas utilizando Difração de Raios-X (DRX) e Espectroscopia Raman. As propriedades ópticas foram investigadas utilizando Espectroscopia de Absorção Óptica (AO) e aplicação do modelo da Teoria do Campo Cristalino (TCC). As propriedades morfológicas foram investigadas utilizando Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). Nos difratogramas de DRX e espectros Raman observou-se, respectivamente os padrões de difração de DRX e as bandas correspondentes aos modos vibracionais característicos de NCs de TiO2 na fase anatase, não sendo alterada com a concentração de dopagem. Nos espectros de AO observou-se a banda de absorção característica de NCs de TiO2 e quecom o aumento da dopagem ocorreu um deslocamento para o vermelho, sendo relaciona com à forte interação de troca sp-d, confirmando a incorporação de íons Mn2+ nos NCs de TiO2. Na aplicação da TCC e com o auxílio dos diagramas de Tanabe-Sugano evidenciou-se que íons de Mn2+ foram incorporados substitucionalmente aos de Ti4+ em sítios tetraédricos e octaédricos dos NCs de TiO2, a depender da concentração de dopagem. Portanto, com base nesses resultados confirmou-se o crescimento com sucesso de NCs de TiO2 puros e dopados com Mn2+ na fase anatase e que a depender da concentração é possível sintonizar o sítio em que os íons de Mn2+ se encontram, alterando fortemente as propriedades ópticas.  


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  • Titaniumdioxide (TiO2) is a semiconductorthatpresentsabsorptionandemission in the ultravioletregion, photostability, catalyticandosseointegratingpropertiesthatallow its use in varioustechnologicaland medical applications, such as catalysts, photovoltaic devices andosseointegratingagents. The incorporationoftransition metal ions (MT) in semiconductorsgenerates magneto-opticalpropertiesthatcanbetuned as a functionof the dopantconcentration. Fewworks in the literaturestudy the structural, opticalandmorphologicalpropertiesof MT-doped TiO2. Therefore, in ordertounderstandhow the physicalandchemicalpropertiescanbeinfluenced as a functionof the dopantconcentration, in thisworkwesynthesizedandcharacterizednanocrystals (NCs) of TiO2dopedwithincreasingconcentrationsofmanganeseions (Mn+2) by the methodofchemicalprecipitation. Structuralpropertieswereinvestigatedusing X-Ray Diffraction (XRD) and Raman Spectroscopy. OpticalpropertieswereinvestigatedusingOpticalAbsorptionSpectroscopy (AO) andapplicationof the Crystal Field Theory (CCT) model. The morphologicalpropertieswereinvestigatedusingScanningElectronMicroscopy (SEM). In the XRD and Raman spectradiffractionpatterns, the XRD diffractionpatternsand the bands correspondingto the characteristicvibrationalmodesof TiO2NCs in the anatasephasewereobserved, respectively, notbeingalteredwith the doping concentration. In the AO spectra, the absorption band characteristicof TiO2NCswasobservedandthatwithincreasing doping therewas a red shift, whichisrelatedto the strongsp-d exchangeinteraction, confirming the incorporationof Mn2+ ions in the NCs. of TiO2. In the applicationof TCC andwith the aidofTanabe-Suganodiagrams, it wasshownthat Mn2+ionsweresubstituted for thoseof Ti4+ in tetrahedralandoctahedral sites of TiO2nanocrystals, dependingon the doping concentration. Therefore, basedontheseresults, the successfulgrowthofpureand Mn2+-doped TiO2NCs in the anatasephasewasconfirmedandthat, dependingon the concentration, it ispossibleto tune the site where the Mn2+ions are, stronglyaltering the opticalproperties.

5
  • GRACA REGINA MATA DE ALMEIDA
  • Correlações do tipo dímero aleatório em caminhadas quânticas em tempo discreto desordenadas

  • Orientador : WANDEARLEY DA SILVA DIAS
  • MEMBROS DA BANCA :
  • BRUNO DE OLIVEIRA CHAGAS
  • GUILHERME MARTINS ALVES DE ALMEIDA
  • MARCELO LEITE LYRA
  • WANDEARLEY DA SILVA DIAS
  • Data: 09/03/2022

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  • As caminhadas quânticas têm sido investigadas devido a sua
    aplicabilidade na modelagem de computadores quânticos. Esses
    computadores utilizam qubits como unidades de informa ̧c ̃ao e podem
    ser melhores que os computadores atuais para certas tarefas, como por
    exemplo a simulação de sistemas físicos. Devido a sua escala e
    necessidade de precisão, ́e importante saber como a presença de ruídos
    nesses dispositivos interfere na velocidade de transporte da informação.
    Assim, investigamos caminhadas quânticas com a presença de desordem.
    Essa desordem pode ser invariante no tempo, mas variar no espaço, como
    também o contrário: uma desordem invariante no espaço mas que varia
    no tempo. No primeiro caso a literatura relata a ocorrência da localização
    de Anderson, enquanto que no segundo o regime da caminhada se torna
    difusivo. Investigamos numericamente esses dois casos com o acréscimo
    de uma correlação do tipo dímero aleatório. Os resultados obtidos
    mostram que a presença da correlação leva a caminhada a um regime
    superdifusivo em ambos os tipos de desordem.


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  • Quantum walks have been investigated due to their applicability in
    modeling quantum computers. These computers use qubits as units of
    information and may be better than current computers for certain tasks,
    such as simulating physical systems. Due to its scale and need for
    precision, it is important to know how the presence of noise in these
    devices interferes with the speed of information transport. Thus, we
    investigated quantum alks with the presence of disorder. This disorder can
    be invariant in time, but vary in space, as well as the opposite: a disorder
    invariant in space but which varies in time. In the first case, the literature
    reports the occurrence of Anderson localization, while in the second, the
    walking regime becomes diffuse. We numerically investigate these two
    cases with the addition of a random dimer type correlation. The results
    obtained show that the presence of the correlation leads the walk to a
    superdiffusive regime in both types of disorder.

6
  • JENNIFER NATHIELI DA SILVA ROTANDARO DE OLIVEIRA
  • INFLUÊNCIAS DO TIPO DE SONDA, SUBSTRATO E
    MEIO CIRCUNDANTE NAS CURVAS DE FORÇA DE
    ADESÕES POR AFM

  • Orientador : SAMUEL TEIXEIRA DE SOUZA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ELAINE CRISTINA OLIVEIRA DA SILVA
  • GEOVANA DRESCH WEBLER
  • SAMUEL TEIXEIRA DE SOUZA
  • Data: 10/03/2022

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  • Neste trabalho usamos as curvas de forças obtidas através do microscópio de força atômica
    (AFM) para estudar a influência das sondas, substratos e meios nas adesões ponta-
    substrato. Foram usadas as sondas HYDRA – 100NG, ACCESS – EFM e a ACT – SS, cujas
    pontas são de silício (Si) e Silício revestida com platina (Pt). Os experimentos foram
    realizados em três etapas. Na primeira etapa, realizamos experimentos fazendo a interação
    das sondas sobre um substrato de vidro em ar, e, através das curvas de forças obtidas foi
    observado que ocorreu uma maior adesão na interação das sondas HYDRA – 100NG e ACT
    –SS com pontas de si. Na segunda etapa, para cada sonda usada foram realizadas medidas
    da interação com dois substratos diferentes: o vidro e a mica, em ar. Para esse caso, as
    curvas de forças AFM mostraram que a adesão das sondas HYDRA – 100NG e ACT –SS sobre
    a mica diminuiu enquanto que a adesão sobre a mica da sonda com ponta revestida com Pt,
    ACCESS – EFM, aumentou. Na terceira etapa do experimento, para cada sonda e para cada
    substrato foram realizadas as medidas em ar e em líquido, e em todas as curvas obtidas
    foram observadas uma diminuição da força adesiva em relação às medidas feitas em ar.
    Esses resultados são importantes, pois muitos estudos usando o AFM necessitam saber
    como é o comportamento das forças de adesão nas interações ponta-substrato, como por
    exemplo, a funcionalização de pontas e substratos para a construção de nanobiosensores
    baseados em AFM. E, como perspectivas, levando em consideração os resultados obtidos,
    os próximos passos serão rumo à fabricação de um nanobiosensor baseado em AFM
    partindo da funcionalização de uma sonda HYDRA – 100NG e um substrato de mica,
    realizando medidas em meio liquido.


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  • In this work we use force curves obtained through the atomic force microscope (AFM) to
    study the influence of probes, substrates and media on tip-substrate adhesions. The probes
    HYDRA – 100NG, ACCESS – EFM and ACT – SS were used, whose tips are made of silicon (Si)
    and silicon coated with Platinum (Pt). The experiments were carried out in three stages. In
    the first step, we carried out experiments by interacting the probes on a glass substrate in
    air, and, through the force curves obtained, it was observed that there was a greater
    adhesion in the interaction of the HYDRA - 100NG and ACT -SS probes with Si tips. In the
    second step, for each probe used, measurements of the interaction with two different
    substrates were performed: glass and mica, in air. For this case, the AFM force curves
    showed that the adhesion of the HYDRA – 100NG and ACT –SS probes on the mica
    decreased while the adhesion on the mica of the probe with Pt coated tip, ACCESS – EFM,
    increased. In the third stage of the experiment, for each probe and for each substrate,
    measurements were carried out in air and in liquid, and in all the curves obtained, a
    decrease in the adhesive force was observed in relation to the measurements made in air.
    These results are important, since many studies using AFM need to know how the behavior
    of adhesion forces in tip-substrate interactions, such as the functionalization of tips and
    substrates for the construction of nanobiosensors based on AFM. And, as perspectives,
    taking into account the results obtained, the next steps will be towards the fabrication of a
    nanobiosensor based on AFM starting from the functionalization of a HYDRA - 100NG probe
    and a mica substrate, performing measurements in liquid medium.

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  • CLEIDE FERNANDA CAETANO
  • Uso da espectroscopia Raman para análise em vitro de células da placenta infectadas por Zika vírus

  • Orientador : SAMUEL TEIXEIRA DE SOUZA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • SAMUEL TEIXEIRA DE SOUZA
  • UESLEN ROCHA SILVA
  • ARTUR FALQUETO SONSIN
  • Data: 23/05/2022

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  • Introdução: O Zika Vírus (ZIKV) é considerado um grande problema de saúde pública, devido a sua capacidade de atravessar a barreira placentária e infectar o feto, causando uma condição chamada de Síndrome Congênita do Zika Vírus. Embora, atualmente, as epidemias de ZIKV tenham cessado, a infecção ainda merece grande atenção, pois gera uma doença que envolve gastos públicos a curto, médio e longo prazo e que apesar dos esforços científicos realizados nos últimos anos, ainda não possui biomarcadores, tratamento ou profilaxia conhecidos, desse modo é de grande relevância a pesquisa da patogênese viral no período gestacional, os quais podem fornecer informações importantes e alvos que possam ser direcionados terapeuticamente, evitando a passagem do ZIKV pela placenta.

    Objetivo: Usar a espectroscopia Raman para investigar os aspectos imunológicos e moleculares associados à fisiopatologia da infecção gestacional pelo ZIKV em diferentes modelos experimentais placentários in vitro.

    Métodos: Células HTR-8/SVneo derivadas do primeiro trimestre de gestação, cultura primária de células do citotrofoblastoextraviloso (CTEV) e explantes placentários a termo foram infectados com uma cepa africana (MR766) e uma cepa asiática (PE243) do ZIKV e a resposta imunológica foi analisada, através da análise dos espectros Ramam.

    Resultados: Explantes placentários foram infectados apenas com a cepa PE243 e apresentaram aumento da expressão gênica de IFN-α (p < 0,05), bem como da secreção de IL-6 (p < 0,05) e IL-8 (p < 0,05), embora nenhuma alteração na secreção de IFNs tenha sido encontrada. As células HTR-8/SVneo foram infectadas por ambas as cepas (72,2% para MR766 e 80,2% para PE243), mas não apresentaram alterações na expressão gênica nem na secreção de IFNs. Enquanto as células CTEV também foram infectadas com ambas as cepas (63,8% para MR766 e 66,5% para PE243), mas apresentaram secreção aumentada de IFN-α2 (p < 0,0005), IFN-λ1 (p < 0,01) e IL-6 (p < 0,01) após infecção por PE243, e apenas aumento de IFN-λ1 (p < 0,05) após infecção por MR766. A sinalização pelas moléculas analisadas diferiu apenas na infecção por PE243, que aumentou a expressão de p-IRF3 (p < 0,05) e IRF9 (p <0,05), enquanto p-STAT-2 permaneceu inalterada após a infecção com ambas as cepas. Conclusões: A resposta ao ZIKV é distinta em diferentes idades gestacionais e a depender da cepa viral. No fim da gestação, as células CTEV apresentam um panorama diferente de outros modelos celulares, conseguindo produzir alguns IFN e mantendo vias de resposta antiviral ativas, o que pode dificultar a passagem do vírus para o feto.


  • Mostrar Abstract
  • Introduction:The Zika Virus (ZIKV) is considered a major public health problem, due to its ability to cross the placental barrier and infect the fetus, causing the Congenital Zika Virus Syndrome. Although, despite the ZIKV epidemics have ceased, the infection still deserves great attention, as it generates a disease that involves public spending in the short, medium and long term and that despite the scientific efforts made in recent years, it still does not have biomarkers, or known prophylaxis, research on viral pathogenesis during pregnancy is of great relevance, which can provide important information and targets that can be targeted therapeutically, preventing the passage of ZIKV through the placenta.

    Objective: To investigate the immunological and molecular aspects associated with the pathophysiology of gestational infection by ZIKV in different experimental models.

    Methods: HTR-8/SVneo cells derived from the first trimester of gestation, primary culture of extravillous cytotrophoblast (EVT) cells  and placental explants from term pregnancies were infected with an African strain (MR766) and an Asian strain (PE243) of the ZIKV and the immune response was analyzed, through the analysis of the production of genes and cytokines, as well as activation of specific molecular pathways.

    Results: Placental explants were infected only with the PE243 strain and showed increased IFN-α gene expression (p < 0.05), as well as IL-6 (p < 0.05) and IL-8 (p < 0.05), although no change in IFN secretion has been found. HTR-8/SVneo cells were infected by both strains (72.2% for MR766 and 80.2% for PE243), but showed no changes in gene expression or IFN secretion. While EVT cells were also infected with both strains (63.8% for MR766 and 66.5% for PE243), but showed increased secretion of IFN-α2 (p < 0.0005), IFN-λ1 (p < 0.01) and IL-6 (p < 0.01) after infection by PE243, and only an increase in IFN-λ1 (p < 0.05) after infection by MR766. Signaling by the analyzed molecules differed only in infection by PE243, which increased the expression of p-IRF3 (p < 0.05) and IRF9 (p < 0.05), while p-STAT-2 remained unchanged after infection with both strains. Conclusions: The response to ZIKV is different at different gestational ages and depending on the viral strain. At the end of pregnancy, EVT cells differ from other models, producing some IFN and maintaining active antiviral response pathways, which can make it difficult for the virus to surpass the placenta and infect the fetus.

Teses
1
  • ANDERSON RAFAEL CORREIA BUARQUE DA SILVA
  • PROPRIEDADES DE TRANSPORTE E EMARANHAMENTO EM CAMINHADAS QUÂNTICAS EM TEMPO DISCRETO

  • Orientador : WANDEARLEY DA SILVA DIAS
  • MEMBROS DA BANCA :
  • MARCOS GOMES ELEUTERIO DA LUZ
  • ERNESTO CARNEIRO PESSOA RAPOSO
  • FRANCISCO ANACLETO BARROS FIDELIS DE MOURA
  • MARCELO LEITE LYRA
  • SOLANGE BESSA CAVALCANTI
  • WANDEARLEY DA SILVA DIAS
  • Data: 11/03/2022

  • Mostrar Resumo
  • Todas as questões, e situações, apresentadas nesta tese são complementares e misturam-se ao apontar as discussões para o seu tema principal. Estudamos as propriedades de transporte, emaranhamento quântico, coerência quântica, super-oscilações e surgimento de eventos extremos em caminhadas quânticas em tempo discreto (CQTDs). Para isso, foi preciso inserir alguns elementos como: aperiodicidade, não-linearidade, ruídos, desordem e campos artificiais. Iniciamos estudando como as propriedades de localização, espectro de energia e emaranhamento quântico entre os graus de liberdade de uma CQTDs são alteradas quando adicionados uma dependência espacial aperiódica nos operadores moedas quânticas. A aperiodicidade é descrita por moedas espacialmente dependentes das posições em uma cadeia 1D. Dentro das propriedades de transporte, identificamos dois regimes: caminhadas quânticas deslocalizadas e localizadas mediadas por um ajuste adequado do parâmetro que controla o grau de aperiodicidade da distribuição. Usando a análise de espectros de energia, mostramos que no estágio inicial a inomogeneidade leva a leva ao desaparecimento do (gap) entre duas bandas principais, o que justifica o caráter predominantemente deslocalizado. Para um grau de aperiodicidade suficientemente alto, observamos um espectro de energia, que se assemelha ao descrito pelo modelo unidimensional de Anderson. Em relação ao emaranhamento quântico do sistema, mostramos muitas configurações em que um aumento na capacidade de gerar emaranhamento é observado. Esse comportamento traz novas informações sobre o papel da aperiodicidade nessa correlação entre o espaço das posição e da moeda quântica para sistemas com inomogeneidade estática, contrastando com o relatado, outrora, como quase sempre reduzindo o emaranhamento quando comparado com o caso homogêneo. Por fim, estendemos a análise para mostrar que sistemas com heterogeneidade estática são capazes de exibir limite assintótico. Adiante, inserindo não-linearidade, estudamos a existência e caracterização de fenômenos de auto-aprisionamento em CQTDs. Ao considerar uma não-linearidade do tipo Kerr, associamos uma aquisição da fase dependente da densidade de probabilidade a cada instante de tempo. Ajustando o parâmetro não-linear e as moedas quânticas, mostramos a existência de diferentes regimes dinâmicos, incluindo aqueles com estruturas tipo sólitons viajantes ou localizados por auto-aprisionamento. Após o mapeamento de eventos não-lineares em CQTDs, propomos um modelo para estudarmos as consequências de termos ruídos e interação não-linear associados a um qubit se propagando em uma cadeia circular. Ao empregar medidas de coerência quântica, relatamos regimes instáveis emergentes nos quais surgem caminhadas quânticas, como auto-focalização e dinâmica de respiração. Ademais, estudamos a dinâmica de um caminhante quântico submetido simultaneamente a fases independentes e dependentes do tempo. Onde tal dinâmica emula uma partícula quântica carregada em uma rede submetida a uma superposição de campos elétricos estáticos e harmônicos. Com ajustes adequados, investigamos a possibilidade de induzir super-oscilações do tipo Bloch, resultantes de uma sintonia próxima da frequência da fase harmônica e aquela associada às oscilações do tipo Bloch. Além disso, mostramos que sob condições exatas de ressonância é possível estabelecer um movimento unidirecional. Mostramos que a velocidade média de deriva pode ser bem descrita dentro de um modelo análogo de tempo contínuo. Por fim, usamos a estrutura geral de caminhadas quânticas discretas no tempo para estudar as origens físicas de ondas traiçoeiras através de uma modulação de fase aleatória. Revelamos suas estatísticas de cauda longa, o perfil de distribuição e a dependência com o grau de aleatoriedade do sistema. Conseguimos classificar esses eventos extremos como pertencentes à família Gumbel de distribuições


  • Mostrar Abstract
  • All the questions and situations presented in this thesis are complementary and intermingle to point the discussions towards its theme. We study the properties of transport, quantum entanglement, quantum coherence, superoscillations and the emergence of extreme events in discrete-time quantum walks (DTQWs). For this, it was necessary to insert some elements such as: aperiodicity, non-linearity, noises, disorder and artificial fields. We begin by studying how the localization properties, energy spectrum and quantum entanglement between degrees of freedom of a DTQWs are changed when adding an aperiodic spatial dependence in the quantum coin operator. The aperiodicity is described by coins spatially dependent on the positions in a 1D chain. Within the transport properties, we identified two regimes: delocalized and localized quantum walks mediated by an adequate adjustment of the parameter that controls the degree of aperiodicity of the distribution. Using energy spectra analysis, we show that at the initial stage inhomogeneity leads to a vanishing gap between two main bands, which justifies the predominantly delocalized character. For a sufficiently high degree of aperiodicity, we observe an energy spectrum, which resembles that described by Anderson’s one-dimensional model. Regarding the quantum entanglement of the system, we have shown many configurations where an increase in the ability to generate entanglement is observed. This behavior brings new information about the role of aperiodicity in this correlation between the space of position and the quantum coin for systems with static inhomogeneity, in contrast to what was previously reported, as almost always reducing entanglement when compared to the homogeneous case. Finally, we extend the analysis to show that systems with static heterogeneity are capable of exhibiting an asymptotic limit. Further on, inserting non-linearity, we study the existence and characterization of self-trapping phenomena in DTQWs. When considering a Kerr-type nonlinearity, we associate a probability density-dependent phase acquisition at each time step. Adjusting the nonlinear parameter and the quantum coins, we show the existence of different dynamic regimes, including those with traveling or self-trapping solitons-like structures. After mapping non-linear events in DTQWs, we propose a model to study the consequences of having noise and non-linear interaction associated with a qubit propagating in a circular chain. By employing quantum coherence measures, we report emerging unstable regimes in which quantum walks arise, such as self-focusing and breathing dynamics. Furthermore, we study the dynamics of a quantum walker submitted to independent and time-dependent phases simultaneously. Where such dynamics emulates a quantum particle charged in a lattice subjected to a superposition of static and harmonic electric fields. With appropriate adjustments, we investigated the possibility of inducing Bloch-type superoscillations, resulting from a tuning close to the harmonic phase frequency and that associated with Bloch-type oscillations. Furthermore, we show that under exact resonance conditions it is possible to establish a unidirectional motion. We show that the average drift velocity can be well described within an analog continuous-time model. Finally, we use the general framework of discrete-time quantum walks to study the physical origins of rogue waves through random phase modulation. We reveal its long-tail statistics, distribution profile, and dependence on the degree of randomness of the system. We were able to classify these extreme events as belonging to the Gumbel family of distributions.

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  • PAULO RIBEIRO DA SILVA JUNIOR
  • TRANSFERÊNCIA DE ESTADOS QUÂNTICOS EM CADEIAS COM DESORDEM DILUIDA

  • Orientador : FRANCISCO ANACLETO BARROS FIDELIS DE MOURA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • Adauto José Ferreira de Souza
  • FRANCISCO ANACLETO BARROS FIDELIS DE MOURA
  • GUILHERME MARTINS ALVES DE ALMEIDA
  • SAMUEL SILVA DE ALBUQUERQUE
  • WANDEARLEY DA SILVA DIAS
  • Data: 20/04/2022

  • Mostrar Resumo
  • A Ciência da Computação revolucionou o processamento, a transmissão e o armazenamento da informação, conduto algumas limitações, surgiram com a minimização do componentes eletrônicos a nível atômico, para solucionar esse problema foi proposto um novo modelo computacional baseado nas leis da Física Quântica, surgi assim a Computação e a Informação Quântica, entretanto construir computadores com essa nova teoria tem se mostrado muito desafiador frente as limitações experimentais. Muitos modelos para transmissão da informação vem sendo propostos e um dos mais estudados é o transporte eletrônico em materiais com desordem. Um dos modelos mais bem exitosos para explicar tal fenômeno é o modelo de Localização de Anderson , assim o estudo das redes cristalinas e desordenadas é uma forte candidata a auxiliar o desenvolvimento de componentes eletrônicos para implementar esses novos computadores. Neste trabalho investigamos um protocolo de transferência de estado quântico com único qubit ao longo de um canal com desordem diluído na diagonal. No regime em que os sítios de origem e destino estão fracamente acoplados ao canal, assim relatamos a possibilidade de transmitir estados quânticos com alta fidelidade, além de estabelecer um emaranhamento de ponta a ponta nesse tipo de configuração. Discutimos ainda como o desempenho do protocolo depende da disponibilidade de estados estendidos no canal desordenado.


  • Mostrar Abstract
  • Computer Science revolutionized the processing, transmission and storage of information, leading to some limitations, arose with the minimization of electronic components at the atomic level, to solve this problem a new computational model based on the laws of Quantum Physics was proposed, Computing and Quantum Information, however, building computers with this new theory has proved to be very challenging in the face of experimental limitations. Many models for transmitting information have been proposed and one of the most studied is electronic transport in materials with disorder. One of the most successful models to explain this phenomenon is the Anderson Location model, so the study of crystalline and disordered networks is a strong candidate to assist the development of electronic components to implement these new computers. In this work We investigate a single-qubit state transfer protocol along a channel featuring diagonal diluted disorder. In the regime where the source and destination sites are weakly coupled to the channel, we report the possibility of transmitting quantum states with high fidelity as well as establishing end-to-end entanglement in that sort of configuration. We further discuss how the performance of the protocol depends upon the availability of extended states within the disordered channel.

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  • RICARDO ANDRÉS MARTÍNEZ VON DOSSOW
  • Aspectos quânticos da Eletrodinâmica Quântica com operadores de dimensão d=5

  • Orientador : TIAGO HOMERO MARIZ DO NASCIMENTO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ALBERT PETROV
  • ALESANDRO FERREIRA DOS SANTOS
  • JOB SARAIVA FURTADO NETO
  • PAULO CESAR AGUIAR BRANDAO FILHO
  • TIAGO HOMERO MARIZ DO NASCIMENTO
  • Data: 20/06/2022

  • Mostrar Resumo
  • O estudo da violação de simetria de Lorentz em teoria de campos tem ganhado muita atenção nos últimos anos, principalmente a partir da descoberta de que em teoria de cordas temos a possibilidade do surgimento de quebras espontâneas de simetria de Lorentz ao tomarmos o limite à baixas energias. Esses estudos motivaram a construção do modelo padrão estendido (MPE), que é, na verdade, uma extensão do modelo padrão (MP) usual, no qual se adicionam todos os possíveis termos que violam as simetrias de Lorentz e de CPT, respeitando a invariância de calibre. O MPE mínimo contém apenas termos renormalizáveis, enquanto o MPE não mínimo inclui todos os termos não renormalizáveis. Na primeira parte deste trabalho, estudamos a extensão não mínima da Eletrodinâmica Quântica (EDQ), considerando todos os operadores de violação de Lorentz (VL) de dimensão de massa d = 5, e investigamos a possibilidade da geração do termo de Carroll-Field-Jackiw (CFJ) e sua contraparte de altas derivadas em primeira ordem nas constantes de acoplamento não mínimas. Demonstramos explicitamente que não há geração do termo CFJ quando adotamos o esquema da regularização dimensional. Além disso, mostramos que as partes divergentes do termo de altas derivadas podem ser eliminadas ao considerarmos certas relações de proporcionalidade entre os coeficientes. Na segunda parte, consideramos a extensão de Horava-Lifshitz (HL) com z = 3 da EDQ, no qual incluímos o vetor axial b0,i que quebra a simetria CPT. Para este modelo, calculamos o termo CFJ em distintos esquemas de regularização e encontramos que o termo CFJ é finito, porém, ambíguo, pois depende do esquema de regularização empregado. Finalmente, calculamos o termo CFJ deste modelo utilizando a metodologia da integral funcional, no qual encontramos mais uma vez que o termo CFJ é finito, porém indeterminado.


  • Mostrar Abstract
  • The study of Lorentz symmetry violation in field theory has gained a lot of attention in recent years, mainly from the discovery that in string theory we have the possibility of spontaneous breaking of Lorentz symmetry when we take the low energy limit. These studies motivated the construction of the standard model extension (SME), which is, in fact, an extension of the usual standard model (SM), in which all possible terms that violate the Lorentz and CPT symmetries are added, respecting the gauge. The minimal SME contains only renormalizable terms, while the non-minimal SME includes allnon-renormalizable terms. In the first part of this work, we studied the non-minimal extension of Quantum Electrodynamics (QED), considering all Lorentz violation operators (LV) of mass dimension d = 5, and investigated the possibility of generating the Carroll-Field-Jackiw (CFJ) and its higher derivative counterpart on the non-minimal coupling constants. We explicitly demonstrate that there is no generation of the CFJ term when we adopt the dimensional regularization scheme. Furthermore, we show that the divergent parts of the higher derivative terms can be eliminated by considering certain proportionality relationships between the coefficients. In the second part, we consider the Horava-Lifshitz (HL) like QED with z = 3 , in which we include the axial vector b0,i that breaks the CPT symmetry. For this model, we calculated the CFJ term in different regularization schemes and found that the CFJ term is finite, however, ambiguous, since it depends on the regularization scheme used. Finally, we calculate the CFJ term of this model using the functional integral approach, in which we find once again that the CFJ term is finite, but undetermined.

2021
Dissertações
1
  • DENILSON DE MORAIS SILVA
  • ASPECTOS DA DINÂMICA DE MÁGNONS NÃO INTERAGENTES EM CADEIAS HARMÔNICAS FERROMAGNÉTICAS

  • Orientador : WANDEARLEY DA SILVA DIAS
  • MEMBROS DA BANCA :
  • WANDEARLEY DA SILVA DIAS
  • MARCELO LEITE LYRA
  • MAURICIO DOMINGUES COUTINHO FILHO
  • EDGARD PACHECO MOREIRA AMORIM
  • Data: 15/02/2021

  • Mostrar Resumo
  • A dinâmica de mágnons sob influência de modos vibracionais da rede tem sido ativamente estudada nos últimos anos, tanto no contexto teórico e experimental. Neste contexto, apresentamos aqui alguns estudos que levam em consideração a dinâmica de mágnons não interagentes em um sistema ferromagnético cujo acoplamento mágnon-rede é dado pela componente anisotrópica do termo de \textit{exchange}, que possui uma dependência linear com relação ao espaçamento dos íons referentes ao acoplamento. Antes de apresentar nossos modelos e resultados, apresentamos alguns estudos acerca dos modelos de transporte eletrônico que trazem informações relevantes para a compreensão dos resultados. Nossos resultados são obtidos por meio de algoritmos numéricos para evolução temporal de uma excitação magnética localizada num único íon, um pacote magnônico do tipo delta. Para o primeiro modelo, consideramos o regime em que o sistema é governado por uma equação de Schroedinger não linear efetiva com um parâmetro $\chi$ que descreve a força da não linearidade. Neste sistema, que apresenta formações itinerantes tipo-soliton no regime de fraca não linearidade, nós encontramos o ponto crítico de transição para o regime de \textit{self-trapping}: $\chi_{c}=1.825$. Este ponto crítico pode ser revelado por diferentes quantidades físicas, como função participação, probabilidade de retorno e entropia de Shannon. Em um outro estudo, investigamos a influência de desordem no modelo anterior ao considerarmos flutuações nos termos de \textit{exchange}. Nossos resultados sugerem o acoplamento mágnon-rede ($\chi$) sendo capaz de enfraquecer a localização induzida pela desordem. Por fim, decidimos investigar de forma mais abrangente como a dinâmica do mágnon pode ser influenciada pelos modos vibracionais da rede. Neste último trabalho, nós estendemos nosso modelo de forma a considerar a dinâmica da rede mais rápida que a dinâmica do mágnon, tendo como parâmetro de controle o ($\tau$), que descreve a razão entre os tempos característicos do modo magnônico e das perturbações da rede. Diferente dos modelos anteriores, este último modelo envolve a solução de dois conjuntos de equações (mágnon e rede harmônica) acopladas. Nossos resultados apresentam um cenário de formação de \textit{polarons}. O parâmetro de acoplamento ($\chi$) entre a componente magnética e a vibracional é capaz de induzir uma mudança do regime de \textit{polarons} itinerantes, existente no regime de fraco acoplamento, para o regime de \textit{polaron} estacionário. Ao investigarmos a interdependência entre este ponto crítico ($\chi_c$) e o parâmetro $\tau$, identificamos um valor limite para o $\chi_c$ a medida que a dinâmica da rede se torna muito mais rápida que a dinâmica do mágnon.


  • Mostrar Abstract
  • The dynamics of magons under the influence of vibrational modes of the lattice have been actively studied in recent years, both in the theoretical and experimental context. In this context, we present here some studies that take into account the dynamics of non-interacting magnons in a ferromagnetic system whose magnon-lattice coupling is given by an anisotropic component of the exchange term, which depends on linearly on the spacing of the ions related to the coupling. Before presenting our models and results, we present some studies about electronic transport models that provide relevant information for understanding the results. Our results are obtained using numerical algorithms for the temporal evolution of a magnetic excitation located in a single ion, an initial delta wave-packet. For the first model, we consider the regime in which the system is governed by an effective nonlinear Schroedinger equation with an $\chi$ parameter that describes the strength of nonlinearity. In this system, which exhibits itinerant soliton-like formations in the weak nonlinearity regime, we find the critical transition point for the self-trapping regime: $\chi_{c} = 1.825$. This critical point can be revealed by different physical quantities, such as participation function, probability of return and Shannon entropy. In another study, we investigated the influence of disorder on the previous model when considering fluctuations in exchange terms. Our results suggest the magnon-lattice ($\chi$) coupling being able to weaken localization come from the disorder. Finally, we decided to investigate more comprehensively how the dynamics of the magnon can be influenced by the lattice vibrations. In this last work, we extended our model in order to consider the lattice dynamics faster than the magnon dynamics, using the control parameter ($\tau$), which describes the ratio between the characteristic times of the magnetic mode and the perturbations of the lattices. Unlike the previous models, this last model involves the solution of two sets of coupled equations (magnon and harmonic lattice). Our results present a scenario of polaron formation. The coupling parameter ($\chi$) between the magnetic and the vibrational component is able to induce a change from the itinerant polaron regime, existing in the weak coupling regime, to the stationary polaron regime. When investigating the interdependence between this critical point ($\chi_{c}$) and the parameter $\tau$, we identified a limit value for $\chi_{c}$ as the lattice dynamics becomes much faster than the dynamics of the magnon.

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  • WALTER MUNIZ DOS SANTOS JUNIOR
  • Luminescência de Carbon Dots derivados de Cloreto de Dansil: Efeitos térmicos e geração de oxigênio reativo

  • Orientador : ITALO MARCOS NUNES DE OLIVEIRA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDRE DE LIMA MOURA
  • FRANCISCO DE ASSIS MARTINS GOMES REGO FILHO
  • ITALO MARCOS NUNES DE OLIVEIRA
  • MARIA SOCORRO SEIXAS PEREIRA
  • Data: 11/03/2021

  • Mostrar Resumo
  • Carbon dots constituem uma nova classe de nanomateriais à base de carbono que vem
    sendo objeto de um número cada vez mais crescente de pesquisas desde a sua descoberta
    em
    2004. Apresentado como uma alternativa ao uso de nanoestruturas metálicas e inorgânicas, suas propriedades fluorescentes, biocompatibilidade e baixo custo de produção
    possibilitam seu uso em diversas áreas. No presente estudo, um método sintético hidrotérmico foi utilizado para produzir carbon dots derivados de
    5-(dimetilamino)naftaleno-
    1-sulfonilo (Cloreto de Dansil) co-dopados com Nitrogênio e Enxofre. Através de caracterização morfológica, foi possível identiccar a estrutura cristalina do núcleo e os grupos
    funcionais presentes na superfíe da nanopartícula. A espectroscopia revelou uma fluorescência dependente da excitação para comprimentos de onda maiores que
    400 nm. Análises
    térmicas determinaram a dependência do espectro de emissão com a temperatura através de um aumento da intensidade proporcional ao aumento da temperatura da amostra,
    o que foi associado ao fenômeno de cruzamento intersistema reverso, promovendo uma
    fluorescência atrasada termicamente ativada. A sensibilidade térmica absoluta foi determinada em
    1; 04oC-1 e a sensibilidade absoluta exibiu um crescimento de 0; 45oC-1 para
    0; 55oC-1 no intervalo de temperaturas 20oC - 60oC. A possibilidade de aplicação dessa
    estrutura como sensor térmico raciométrico foi investigada através da variação contínua
    de temperatura da amostra em ciclos de aquecimento e resfriamento. Adicionalmente, foi
    estudado o rendimento quântico de geração de oxigênio singleto pelos carbon dots com o
    intuito de propor seu uso em técnicas como a Terapia fotodinâmica.



  • Mostrar Abstract
  • Carbon dots constitute a new class of carbon-based nanomaterials that have been the
    subject of an increasing number of researches since its discovery in
    2004. Presented as an
    alternative to the use of metallic and inorganic nanostructures, its uorescent properties,
    biocompatibility and low production cost allow its use in several areas. In the present
    study, a hydrothermal synthetic method was used to produce carbon dots derived from
    5 - (dimethylamino) naphthalene- 1 -sulfonyl (Dansil Chloride) co-doped with Nitrogen
    and Sulfur. Through morphological characterization, it was possible to identify the core
    crystalline structure and the functional groups attached to the surface of the nanoparticle. Spectroscopy revealed an excitation-dependent uorescence for wavelengths greater
    than
    400 nm. Thermal analyzes determined the temperature-dependent behavior of the
    emission spectrum through an increase in intensity proportional to the increase in the
    sample temperature, which was associated with the phenomenon of reverse intersystem
    crossing, promoting a thermally activated delayed uorescence. The absolute thermal
    sensitivity was determined as
    1:04oC-1 and the absolute sensitivity exhibited an increase from 0:45oC-1 to 0:55oC-1 in the temperature range 20oC - 60oC. The possibility
    of applying this structure as a raciometric thermal sensor was investigated through the
    continuous thermal variation in heating and cooling cycles. Additionally, the quantum
    yield of singlet oxygen generation by carbon dots was studied in order to propose its use
    in techniques such as Photodynamic therapy


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  • KATIELE VALÉRIA PEREIRA BRITO
  • EFEITOS DA HETEROGENEIDADE NEURONAL NA SINCRONIZAÇÃO DE POPULAÇÕES CORTICAIS ACOPLADAS UNIDIRECIONALMENTE

  • Orientador : FERNANDA SELINGARDI MATIAS
  • MEMBROS DA BANCA :
  • CAROLINE GARCIA FORLIM
  • FERNANDA SELINGARDI MATIAS
  • ÉRICA DE MELLO SILVA
  • Data: 11/03/2021

  • Mostrar Resumo
  • Duas populações de neurônios unidirecionalmente conectadas em uma configuração emissor-receptor podem apresentar diversidade em suas relações de fase. Em particular, o sistema pode exibir sincronização antecipada (AS), que é caracterizada por um atraso de fase negativo. Este fenômeno foi relatado em dados eletrofisiológicos de primatas não humanos e EEG em  humanos durante tarefas cognitivas de discriminação visual.
    Em dados eletrofisiológicos, o acoplamento unidirecional pode ser acessado pela causalidade de Granger e pode ser acompanhado por diferença de fase positiva, nula ou negativa entre as áreas corticais.
    Em modelos neuronais a conectividade unidirecional é garantida durante a construção da rede, e uma transição da sincronização atrasada usual (DS, com diferença de fase positiva) para AS foi mostrada entre populações de neurônios dependendo da quantidade de inibição e ruído externo na população receptora.
    Aqui, mostramos que uma propriedade local da população receptora como a heterogeneidade neuronal pode determinar a relação dinâmica entre o emissor e o receptor.
    Nós mostramos que a dinâmica interna do receptor depende da proporção dos diferentes tipos de disparos dos neurônios (por exemplo: regular, bursting intrínseco e chattering). Em particular, mostramos que o nosso modelo exibe equilíbrio de excitação-inibição sináptica para os regimes DS e AS.
    Além disso, mostramos que o sistema pode exibir uma transição de DS para AS via bi-estabilidade de fase ou via sincronização a tempo zero, mediada pela proporção dos diferentes tipos de neurônios. 


  • Mostrar Abstract
  • Two neuronal populations unidirectionally connected in a sender-receiver configuration can present diversity in their phase relations. In particular, the system can exhibit anticipated synchronization (AS), which is characterized by a negative phase-lag. This phenomenon has been reported in electrophysiological data of non-human primates and human EEG during a visual discrimination cognitive task.
    In electrophysiological data, the unidirectional coupling could be accessed by Granger causality and can be accompanied by both positive, negative, or zero phase difference between cortical areas.
    In neuronal models the unidirectional connection is part of the model. A transition from the usual delayed synchronization (DS, with positive phase-lag) to AS has been reported between neuronal populations depending on the amount of inhibition and external noise at the receiver population.
    Here, we show that a local property of the receiver population as neuronal heterogeneity can determine the dynamical relation between the sender and the receiver populations.
    We show that  the internal dynamics of the receiver depends on the proportion of the different types of neurons (for example: regular spiking, intrinsically bursting and chattering). In particular, we show that our model exhibits  excitation-inhibition synaptic balance  for both DS and AS  regimes. Furthermore, we show that the system can exhibit a transition from DS to AS via phase bi-stability or via zero-lag synchronization, mediated by the proportion of different types of neurons.

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  • HELENA BORDINI DE LUCAS
  • Uma abordagem de informação para caracterizar diferenças relacionadas à resposta na atividade cortical durante uma tarefa Go/No-Go

  • Orientador : OSVALDO ANIBAL ROSSO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • FERNANDA SELINGARDI MATIAS
  • Fernando Fabian Montani
  • Laura Corina Carpi
  • OSVALDO ANIBAL ROSSO
  • Data: 12/03/2021

  • Mostrar Resumo
  • Como o cérebro processa as informações de estímulos externos para perceber o mundo e agir sobre ele é uma das maiores questões da neurociência. Para responder a essa questão, diferentes técnicas de análise de séries temporais foram empregadas para caracterizar aspropriedades estatísticas dos sinais cerebrais durante tarefas cognitivas. Normalmente, os processos específicos de resposta são tratados comparando-se o curso de tempo da média dos potenciais relacionados a eventos em diferentes tipos de tarefas. Aqui, analisamos dados de Potenciais de Campo Locais de macacos durante a discriminação de um padrão visual chamada tarefa Go/No-Go à luz dos quantificadores da teoria da informação. Mostramos que a metodologia de simbolização Bandt-Pompe para calcular a entropia e a complexida dos dados é uma ferramenta útil para distinguir as diferenças relacionadas à resposta entre os trials Go e No-Go. Propomos o uso de um índice de assimetria para validar estatisticamente as diferenças entre os tipos de trials. Além disso, usando a abordagem multi-escala e incorporando atrasos de tempo para reduzir a amostragem dos dados, podemos estimar as escalas de tempo importantes em que as informações relevantes são processadas.


  • Mostrar Abstract
  • How the brain processes information from external stimuli to perceive and act upon the world is one of the biggest questions in neuroscience. To answer this question, different time series analysis techniques have been employed to characterize the statistical properties of brain signals during cognitive tasks. Usually, specific response processes are addressed by comparing the time course of the average event-related potentials in different types of tests. Here, we analyze data from monkey Local Field Potentials during visual pattern discrimination called the Go/No-Go task in light of quantifiers from information theory. We show that the Bandt-Pompe symbolization methodology for calculating the entropy and complexity of the data is a useful tool for distinguishing response-related differences between Go and No-Go trials. We propose to use an asymmetry index to statistically validate the differences between trial types. Furthermore, by using the multi-scale approach and incorporating time delays to reduce data sampling, we can estimate the important time scales at which relevant information is processed.

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  • LAURA MAÍSA SOUZA DOS SANTOS
  • Fotoresinas Biocompatíveis para Microfabricação de Arcabouços Celulares Tridimensionais

  • Orientador : EDUARDO JORGE DA SILVA FONSECA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • EDUARDO JORGE DA SILVA FONSECA
  • EMILIANO DE OLIVEIRA BARRETO
  • GLAUBER JOSE FERREIRA TOMAZ DA SILVA
  • Data: 12/03/2021

  • Mostrar Resumo
  • A técnica aditiva de Polimerização via Absorção de dois Fótons (P2F) tornou-se um excelente método de microfabricação dentre os muitos processos existentes, por permitir a construção de microestruturas tridimensionais com elevada resolução espacial da ordem submicrométrica, com alta complexidade geométrica e com utilização mínima do material fotossensível. Esta poderosa ferramenta tem atraído o interesse de diversas áreas da ciência, incluindo a área da engenharia de tecidos com aplicação na confecção de arcabouços tridimensionais para cultura celular. Estes microambientes são projetados para mimetizar ambientes in vivo e expressar suas características mais importantes possibilitando o estudo do comportamento celular e o tratamento de doenças com teste de fármacos. As resinas fotossensíveis são a matéria prima para construção dos arcabouços e, embora exista uma ampla disponibilidade destes materiais para estudos biológicos, há uma grande preocupação em tornar as fotoresinas compostos biocompatíveis e com reduzida citotoxicidade. Neste trabalho, foi demonstrado pelo método de exclusão do azul tripan que as fotoresinas sintetizadas à base de PentaerythritolTriacrylate (PETA) e Irgacure 369 com incorporação de nanopartículas semicondutoras de CdSe/CdS e dióxido de titânio (TiO2) são biocompatíveis. Em destaque, a amostra com TiO2 manifestou baixa citotoxicidade e alta taxa de proliferação celular que se manteve superior ao grupo controle durante 48 h. As propriedades biomecânicas dos osteoblastos humanos da linhagem MG-63 em contato direto com a superfície do filme feito de fotoresina e dos arcabouços do tipo groove, em diferentes geometrias, foram analisadas por microscópio de força atômica. Os osteoblastos cultivados sobre os arcabouços do tipo microgroove circular exibiram o módulo de Young significativamente maior em comparação as células semeadas sobre o filme, resultado que foi atribuído à reorganização do citoesqueleto influenciado pela geometria e topografia curva do microambiente celular. É importante ressaltar que, por se tratar de uma linha de pesquisa inovadora e pioneira na Universidade Federal de Alagoas (UFAL), esta é a primeira dissertação desenvolvida sobre microfabricação 3D via polimerização por absorção de dois fótons no Programa de Pós-Graduação em Física (PPGF) na UFAL. Portanto, esta dissertação foi elaborada com vários detalhes relevantes da técnica, de modo que os resultados e estudos aqui abordados colaborem na continuidade e consolidação desta tão desafiadora e incrível linha de pesquisa no PPGF.


  • Mostrar Abstract
  • The additive technique by Two-Photon Polymerization (P2F) has become an excellent microfabrication method among the many existing processes, as it allows the construction of three-dimensional microstructures with high spatial submicrometer resolution, with high geometric complexity and minimal use of photosensitive material. This powerful tool has attracted the interest of several areas of the science, including the area of tissue engineering with application in the manufacture of three-dimensional scaffold for cell culture. These microenvironments are designed to mimic environments in vivo and express their most important characteristics, enabling the study of the cellular behavior and the treatment of diseases with drug testing. Photosensitive resins are the raw material for the construction of scaffolds and, although there is a wide availability of these materials for biological studies, there is a great concern in making photoresist compounds biocompatible and with reduced cytotoxicity. In this work, it was demonstrated by the trypan blue exclusion method that the photoresist synthesized based on PentaerythritolTriacrylate (PETA) and Irgacure 369 with incorporation of semiconductor nanoparticles of CdSe/CdS and titanium dioxide (TiO2) are biocompatible. In special, the sample with TiO2 showed low cytotoxicity and high rate of cell proliferation that remained higher than the control group for 48 h. The biomechanical properties of human osteoblasts of the MG-63 strain in direct contact with the surface of the film made of photosensitive resin and groove-type scaffolds, in different geometric designs, were analyzed by an atomic force microscope. Osteoblasts grown on circular microgroove scaffolds exhibited significantly higher Young’s modulus compared to cells sown on the film, a result that was attributed to the reorganization of the cytoskeleton influenced by the geometry and curved topography of the cellular microenvironment. It is important to note that, as it is an innovative and pioneering line of research at the Federal University of Alagoas (UFAL), this is the first dissertation developed on 3D microfabrication via Two Photon Polymerization in the Graduate Program in Physics (PPGF) at UFAL. Therefore, this dissertation was elaborated with several relevant details of the technique, so that the results and studies discussed here can collaborate for the continuity and consolidation of this very challenging and incredible line of research at PPGF.

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  • LUCIANO JOSE REGO BEZERRA JUNIOR
  • INSTABILIDADE MODULACIONAL EM CADEIA COM NÃO LINEARIDADE SATURADA

  • Orientador : WANDEARLEY DA SILVA DIAS
  • MEMBROS DA BANCA :
  • BERTÚLIO DE LIMA BERNARDO
  • FRANCISCO ANACLETO BARROS FIDELIS DE MOURA
  • MARCELO LEITE LYRA
  • WANDEARLEY DA SILVA DIAS
  • Data: 15/04/2021

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  • Fenômenos não lineares, como instabilidade modulacional (IM) e auto-armadilhamento, estão presentes em alguns sistemas físicos tais como nas áreas de óptica, condensado de Bose-Einstein e física de plasma. Podemos observar IM em meios não lineares com efeitos dispersivos, ocorrendo quando adicionamos uma pequena perturbação na amplitude da função de onda e essa é amplificada. Já é estabelecido para uma cadeia sem saturação que o parâmetro de acoplamento não linear crítico acima do qual ocorre IM decai com o inverso do tamanho da cadeia. Com isto, usando o modelo de Holstein, o nosso objetivo é estudar a IM em um sistema não linear unidimensional, com não linearidade saturada. Para investigarmos a natureza desse fenômeno, resolvemos numericamente a equação de Schrödinger não linear discreta (ESNLD) com o auxilio do método numérico de Runge-Kutta de oitava ordem. Em nossos cálculos, fizemos uso da função participação, uma medida do grau de localização, e calculamos o módulo quadrado da função de onda, para observarmos o seu perfil. Resolvemos analiticamente a equação de Schrödinger não linear contínua, onde fizemos uma estimativa teórica para os valores críticos da não linearidade saturada. Encontramos que quando considerada a não linearidade saturada, o comportamento muda e esse parâmetro crítico decai com um termo proporcional ao inverso do tamanho da cadeia somado a outro termo que decai com o inverso do tamanho da cadeia ao quadrado. Mostramos também que o aumento da saturação promove o deslocamento dos parâmetros críticos de intensidade da não linearidade das transições já conhecidas no caso não saturado. 


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  • Nonlinear phenomena, such as modulational instability (IM) and self-trapping, are present in some physical systems such as in the areas of optics, Bose-Einstein condensate and plasma physics. We can observe IM in nonlinear media with dispersive effects, occurring when we add a small disturbance in the amplitude of the wave function and it is amplified. It is already established for a chain without saturation that the critical non-linear coupling parameter above which occurs IM decays with the inverse of the chain size. With this, using the Holstein model, our goal is to study MI in a one-dimensional nonlinear system, with saturated nonlinearity. To investigate the nature of this phenomenon, we solved the discrete nonlinear Schrödinger equation (DNLSE) numerically with the aid of the eighth-order numerical Runge-Kutta method. In our calculations, we used the participation function, a measure of the degree of localization, and calculated the square module of the wave function, to observe its profile. We solved the nonlinear continuous Schrödinger equation analytically, where we made a theoretical estimative for the critical values of the saturated nonlinearity. We found that when considering saturated nonlinearity, the behavior changes and this critical parameter decays with a term proportional to the inverse of the chain size plus another term that decays with the inverse of the chain size squared. We also show that the increase in saturation promotes the displacement of the critical parameters of intensity of the non-linearity of the transitions already known in the unsaturated case.

7
  • RUBBENS ANTTONIO DE LIMA VIEIRA
  • Espalhamento de luz parcialmente coerente por materiais não-Hermitianos 

  • Orientador : PAULO CESAR AGUIAR BRANDAO FILHO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ALEX EMANUEL BARROS COSTA
  • PAULO CESAR AGUIAR BRANDAO FILHO
  • SOLANGE BESSA CAVALCANTI
  • Data: 26/07/2021

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  • Nesta dissertação foi feito um breve estudo sobre os efeitos de espalhamento estocástico de radiação por duas esferas apresentando ganho e perda e verificando a mudança no espectro no domínio da frequência, ou seja, o efeito Wolf em ambas configurações, Hermitiana e não-Hermitiana. Encontramos analiticamente as frequências onde a densidade espectral do campo espalhado desaparece e mostramos que elas dependem do parâmetro ganho e perda. Isto demostra o efeito Wolf não Hermitiana. Além disso, a radiação espalhada tem uma mudança de fase de  e, também, há diferença entre os máximos e mínimos em diferentes configurações: Hermitiana e não Hermitiana


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  • In this dissertation, a brief study was made on the effects of stochastic radiation scattering by two gain and loss elevations and verification of the change in the frequency domain spectrum, i.e, the Wolf effect in both Hermitian and non-Hermitian configurations. We find analytically as frequencies where the spectral density of the scattered field disappears and we show that they are dependent on the gain and loss parameter. This demonstrates the non-Hermitian Wolf effect. Furthermore, the scattered radiation has a phase shift of π⁄2 and, also, there is a difference between the maxima and parameters in different configurations: Hermitian and non-Hermitian

8
  • MARCEL AUGUSTO PINTO
  • Efeito Wolf no espalhamento de luz por materiais não-Hermitianos

  • Orientador : PAULO CESAR AGUIAR BRANDAO FILHO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • DANILO GOMES PIRES
  • GUILHERME MARTINS ALVES DE ALMEIDA
  • PAULO CESAR AGUIAR BRANDAO FILHO
  • Data: 30/07/2021

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  • Um campo policromático parcialmente coerente foi espalhado por um material com simetria PT. O corpo espalhador foi descrito como uma esfera gaussiana e observamos o comportamento do campo espalhado em um ponto distante. A análise foi feita considerando o formalismo da coerência clássica e assumindo a validade da aproximação de Born. Os resultados mostraram que mudanças espectrais induzidas pelas correlações são fortemente dependentes das propriedades de ganho e perda do material. Por exemplo, a frequência central da densidade espectral do campo espalhado apresentou um comportamento descontínuo em função do parâmetro não hermitiano que caracteriza as propriedades de ganho e perda do material. A razão desta descontinuidade foi o fato de que a introdução da não hermiticidade no sistema gera uma raiz dentro do espectro de frequências hermitiano, ocorrendo desta forma uma separação do espectro em duas partes assimétricas. Outro ponto observado foi que as propriedades de ganho e perda do material introduzem novas direções de espalhamento que não eram possíveis no caso hermitiano.


  • Mostrar Abstract
  • A partially coherent polychromatic field was scattered by a PT-symmetric material. We described the scatterer by a gaussian sphere and, we observed the scattered radiation at the far-field. We analyzed this process under the formalism of classical coherence theory, assuming the validity of Born's approximation. Our results show that correlation-induced spectral changes are strongly dependent on the gain and loss properties of the material. For example, the center frequency of the spectral density of the scattered field shows a discontinuous behavior as a function of the non-hermitian parameter characterizing the properties of gain and loss of the material. This discontinuity is due to the introduction of the non-hermiticity to the system generates a root inside of the hermitian spectrum, creating an asymmetrical split in the spectrum. We also observed new scattering directions induced by gain and loss properties of the material who are forbidden in the Hermitian case.

9
  • FRANCISCO JOSÉ DE ARAUJO FILHO
  • TRANSFERÊNCIA DE ESTADOS QUÂNTICOS EM SISTEMAS COM HOPPING DECAINDO EXPONENCIALMENTE

  • Orientador : FRANCISCO ANACLETO BARROS FIDELIS DE MOURA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • FRANCISCO ANACLETO BARROS FIDELIS DE MOURA
  • GUILHERME MARTINS ALVES DE ALMEIDA
  • SAMUEL SILVA DE ALBUQUERQUE
  • Data: 02/08/2021

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  • Existem na literatura vários experimentos computacionais de Transferência de Estados
    Quânticos (QST). Estes experimentos funcionam como uma espécie de laboratório que
    permite fazer um estudo mais detalhado acerca de QST bem como incluir diversas
    propriedades físicas presentes em sistemas sólidos. Algumas fenomenologias importantes
    dentro do contexto de sistemas sólidos são os efeitos de desordem bem como os termos de
    interações de longo alcance. Nesta dissertação, fizemos uma análise da QST em um sistema
    unidimensional, constituído por um total de N+2 átomos. O sistema em estudo, possui um
    canal com N átomos, o qual está conectado a uma fonte S e um receptor R. A fonte (S) e o
    recepto (R) estão ligados ao canal por meio da energia de hopping g. Em nosso modelo, o
    canal tem uma distribuição de desordem não correlacionada nos termos diagonais, e um
    decaimento exponencial nos termos de energia de hopping T (dentro do canal) da forma
    T{n,m}= exp[-nu|1-d{n,m}|]. Onde d{n,m}=|n-m|, com n diferente de m. Os termos da
    diagonal (dentro do canal) possuem desordem não correlacionada, distribuída
    uniformemente no intervalo [-W/2,W/2], onde W é a largura de desordem. Em posse deste
    sistema, utilizamos o método de diagonalização exata do Hamiltoniano de Anderson, para
    obter os autovalores e os autovetores, e calcular numericamente algumas medidas
    pertinentes para a análise da Transferência de Estados Quânticos (QST). Que foram:
    Densidade de Estados (DOS), Número Médio de Participação (P(E)), Participação Média
    Máxima (P{max}), Fidelidade Máxima (F{max}) e Máximo Valor de Fidelidade (<F>{max}).
    Com base nos resultados destas medidas, concluímos que, para valores em que nu é
    pequeno, a (QST) ocorreu com boa fidelidade.


  • Mostrar Abstract
  • There are in the literature several quantum state transfer experiments (QST) done through
    computational simulations. Experiments like these work as a kind of laboratory, and it is
    through them, we can do the study (more detailed) of the effects of some interesting
    phenomenology that exists in solid systems. Some relevant effects are the presence of
    intrinsic disorder and also long-range interactions. In this dissertation, we did a QST analysis
    on a one-dimensional system, consisting of a total of N+ atoms. The study system has a
    channel with n atoms, interconnected to a S source and a R receiver. The links between the
    channel, source and receiver occur through the energy of hopping g. In our model, the
    channel has a non-correlated dismissal distribution in diagonal terms, and exponential decay
    in the terms of hopping T (within the channel) of the form T{n,m}=exp[-nu|1-d{n,m}. Where
    d{n, m}=|n-m|, with n being different of m. Diagonal terms (within the channel) have
    uniformly correlated disorder distributed evenly in the [-W/2 to W/2] range, where W is the
    width of disorder. In possession of this system, we used the exact diagonalization method of
    Anderson's Hamiltonian to obtain the eigenvalues s and eigenvectors and numerically
    calculate some pertinent measures for the analysis of the transfer of quantum states (QST),
    which were: Density of States (DOS), Average Number of Participation (P(E)), Maximum
    Average Participation (P{max}), Maximum Loyalty (F{max}) and Maximum Loyalty Value
    (<F>{max}). Based on the results of these measurements, we conclude that a (QST), for
    some values of nu, occurred with good reliability.

10
  • JOÃO PEDRO VIEIRA DE MENDONCA SANTOS
  • Geração e distribuição de emaranhamento em redes de cavidades acopladas

  • Orientador : GUILHERME MARTINS ALVES DE ALMEIDA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDRE MAURICIO CONCEICAO DE SOUZA
  • FRANCISCO ANACLETO BARROS FIDELIS DE MOURA
  • GUILHERME MARTINS ALVES DE ALMEIDA
  • MARCELO LEITE LYRA
  • Data: 05/08/2021

  • Mostrar Resumo
  • Nós estudamos a dinâmica de emaranhamento em uma rede de cavidades acopladas, onde cada cavidade contém um átomo de dois níveis, através do Hamiltoniano de Jaynes-Cummings-Hubbard (JCH) no subespaço de uma excitação. O modelo possui uma rica gama de regimes dinâmicos que podem ser usados para o controle do emaranhamento. O protocolo se baseia em preparar um único átomo excitado no centro da cadeia e deixá-lo evoluir naturalmente seguindo a dinâmica do Hamiltoniano. Nós focamos na concorrência entre pares de átomos e sua relação com as correlações átomo-campo e os modos de campo livre envolvidos. Nós mostramos que a extensão e a distribuição do emaranhamento de pares podem ser manipuladas através da sintonização do acoplamento átomo-cavidade. De modo geral, nosso trabalho oferece considerações compreensivas e sobre o funcionamento do Hamiltoniano JCH e a contribuição no design de redes quânticas híbridas de luz e matéria.


  • Mostrar Abstract
  • We study the dynamics of entanglement in a one-dimensional coupled-cavity array, with each cavity containing a two-level atom, via the Jaynes-Cummings-Hubbard (JCH) Hamiltonian in the single-excitation sector. The model features a rich variety of dynamical regimes that can be harnessed for entanglement control. The protocol is based on setting an excited atom above the ground state and further letting it evolve following the natural dynamics of the Hamiltonian. Here we focus on the concurrence between pairs of atoms and its relation to atom-field correlations and the involved free-field modes. We show that the extension and distribution pattern of pairwise entanglement can be manipulated through a judicious tuning of the atom-cavity coupling strength. Overall, our work offers a comprehensive account of the machinery of the single-excitation JCH Hamiltonian and contributes to the design of hybrid light-matter quantum networks.

11
  • ALISSON DA SILVA MARQUES
  • Estudo Numérico de Dispositivo Acustofluídico com Microcavidade Cilíndrica

  • Orientador : GLAUBER JOSE FERREIRA TOMAZ DA SILVA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ALEX EMANUEL BARROS COSTA
  • GLAUBER JOSE FERREIRA TOMAZ DA SILVA
  • JOSE HENRIQUE ARAUJO LOPES DE ANDRADE
  • JOSE PEREIRA LEAO NETO
  • Data: 18/08/2021

  • Mostrar Resumo
  • A manipulação com precisão de micropartículas em dispositivos microfluídicos, tem sido alvo de inúmeras pesquisas, devido a sua aplicação em áreas como medicina e biologia. Acustofluídica, área que faz uso do ultrassom como força externa para essa manipulação, tem ganhado força nas últimas décadas por ser uma técnica compacta, sem contato e versátil, além da sua fácil implementação em dispositivos. Esse trabalho tem como objetivo principal o estudo numérico de um dispositivo de acustofluídica formado por uma microcavidade cilíndrica, fabricado em polímero (resina), por impressão 3D, as vantagens desse dispositivo é o seu baixo custo de produção comparado a chips feitos de silício e sua portabilidade. Nosso modelo é composto por uma cavidade cilíndrica preenchida por água, onde é promovida a levitação e o aprisionamento, a estrutura da cavidade modelada em resina, com exceção do topo da cavidade, que é vedado por uma lâmina de vidro, além de uma cerâmica piezoelétrica acoplada abaixo da base de resina a qual fornece excitação acústica do dispositivo. Modelamos o dispositivo utilizando o método de elementos finitos por meio do software comercial COMSOL Multiphysics®, no qual imputamos as condições de contorno para a solução das equações diferenciais da dinâmica de fluidos, sólido viscoelástico e material piezoeléctrico. Exploramos a simetria do problema usando o módulo 2D Axis simétrico do software. Posteriormente aos estudos paramétricos, obtivemos a melhor configuração de dispositivo, para uma cavidade com densidade de energia acústica de 1000 J/m3com plano de levitação na altura de 130 µm em relação a base da cavidade.


  • Mostrar Abstract
  • The precisionmanipulationofmicroparticles in microfluidic devices hasbeenthesubjectofnumerousresearches, dueto its application in areassuch as medicine andbiology. Acustofluidics, anareathat uses ultrasound as anexternal force for thismanipulation, hasgainedstrength in recentdecades for being a compact, non-contactandversatiletechnique, in additionto its easyimplementation in devices. Thisworkhas as mainobjectivethenumericalstudyofanacustofluidics device formedby a cylindricalmicrocavity, manufactured in polymer (resin), by 3D printing, theadvantagesofthis device are its lowproductioncostcomparedto chips madeofsiliconand its portability. Our model consistsof a cylindricalcavityfilledwithwater, wherelevitationandtrappingispromoted, thecavitystructuremodeled in resin, withtheexceptionofthecavity top, whichissealedby a glass slide, in additionto a piezoelectricceramiccoupledbelowtheresin base whichprovidesacousticexcitationofthe device. We model the device usingthefiniteelementmethodusingthecommercial software COMSOL Multiphysics®in whichwe impute theboundaryconditions for thesolutionofthedifferentialequationsoffluid dynamics, viscoelasticsolidandpiezoelectric material. We explore thesymmetryoftheproblemusingthesoftware's  2D Axisymmetric module. Aftertheparametricstudies, weobtainedthebest device configuration, for a cavitywithanacousticenergydensityof1000 J/m3,with a levitation plane attheheightof130 µm in relationtothe base ofthecavity.

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  • DÉBORA CRISTINA SILVA DE MELO
  • Efeitos de campo elétrico em sistemas líquido-cristalinos envolvendo a fase esmética-C

  • Orientador : ITALO MARCOS NUNES DE OLIVEIRA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ASKERY ALEXANDRE CANABARRO BARBOSA DA SILVA
  • IRAM MARCELO GLERIA
  • ITALO MARCOS NUNES DE OLIVEIRA
  • MARIA SOCORRO SEIXAS PEREIRA
  • Data: 08/10/2021

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  • No presente trabalho, investigamos as transições de fase em sistemas líquido-cristalinos que envolvem a fase esmética-C sob efeito de um campo elétrico externo. Inicialmente, foi realizada uma revisão do modelo teórico de Maier-Saupe, que descreve a transição nemática-isotrópica, onde determinamos o comportamento do parâmetro de ordem, que vai à zero de forma abrupta na temperatura de transição. Em seguida, abordamos o modelo de McMillan, que é uma extensão do modelo de Maier-Saupe, incluindo a transição esmética-A-nemática em nosso estudo. Com este modelo determinamos o comportamento dos parâmetros de ordem em função da temperatura e reproduzimos o diagrama de fases. Além desses dois conhecidos modelos, incluímos no trabalho uma breve revisão do modelo desenvolvido por Govind e Madhusudana, que descreve a transição de fase esmética-C - esmética-A. Este modelo nos motivou a estudar mais a fundo a fase esmética-C, o que nos fez propor um novo modelo teórico sobre a fase líquido cristalina em questão. Com o nosso modelo foi possível determinar as propriedades do sistema, o que nos possibilitou uma análise e descrição mais completa das transições de fase que envolvem a fase esmética-C, além de utilizar uma quantidade menor de parâmetros descritivos do modelo. Por fim, analisamos o efeito de um campo elétrico externo nas transições de fase que envolvem a fase Sm-C, estudando as alterações nas propriedades termodinâmicas e estatísticas do sistema sob tal efeito.


  • Mostrar Abstract
  • In the present work, we investigate the phase transitions in liquid-crystalline systems involving the smectic-C phase under the effect of an external electric field. Initially, a review of the theoretical model of Maier-Saupe, which describes the nematic-isotropic phase transition was performed, where we determine the behavior of the order parameter, which abruptly goes to zero at the transition temperature. We then approach the McMillan model, which is an extension of the Maier-Saupe model, including the smecticA-nematic transition in our study. With this model we determine the behavior of the order parameters as a function of temperature and reproduce the phases diagrams. In addition, to these two well-known models, we have included in the work a brief review of the model developed by Govind and Madhusudana, which describes the smectic-C -smectic-A phase transition. This model motivated us to further study the smectic-C phase, which made us propose a new theoretical model on the liquid crystalline phase in question. With our model, it was possible to determine the properties of the system, which allowed us a more complete analysis and description of the phase transitions involving the smectic-C phase, in addition to using a smaller amount of descriptive model parameters. Finally, we analyze the effect of an external electric field on phase transitions involving the Sm-C phase, studying the changes in the thermodynamic and statistical properties of the system under such effect.

13
  • PEDRO RUYTER NICACIO FALCAO
  • Dinâmica do Pacote de Onda em Caminhadas Quânticas Discretas com Três Estados

  • Orientador : MARCELO LEITE LYRA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDRE MAURICIO CONCEICAO DE SOUZA
  • GUILHERME MARTINS ALVES DE ALMEIDA
  • MARCELO LEITE LYRA
  • WANDEARLEY DA SILVA DIAS
  • Data: 10/11/2021

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  • Atualmente, há um grande interesse em estudar computação quântica e teoria da informação quântica. Estudos recentes mostram que esses computadores podem realizar cálculos computacionais de maneira muito mais rápida que qualquer computador clássico, além de servirem para entendermos propriedades fundamentais de sistemas quânticos. Dentre esses novos estudos, as caminhadas quânticas servem como um análogo do passeio aleatório clássico, amplamente estudado na área de computação e na descrição de sistemas físicos. Nesse trabalho, estudaremos as propriedades das caminhadas quânticas discretas em meios lineares e não-linear. Sendo mais específico, daremos uma atenção especial a caminhada quântica de três estados, um modelo que possui uma localização intrínseca do caminhante na posição de origem. Mostraremos que, quando consideramos um modelo linear, quantidades físicas relevantes no estudo de caminhadas quânticas satisfazem leis de escalas universais na vizinhança do ponto onde ocorre uma transição entre estados localizados e completamente estendidos. Além disso, obtemos uma expressão analítica para a razão de participação na configuração onde o caminhante está completamente estendido ao longo da rede. Essa expressão também será válida para outras caminhadas que possuam as mesmas características. Quando consideramos uma dinâmica não-linear, veremos que há o surgimento de um novo fenômeno na literatura da caminhada quântica, a irradiação da porção localizada do pacote de onda. Mostraremos que essa irradiação segue uma determinada lei de potência, que independe tanto da configuração inicial quanto para o parâmetro de não-linearidade do sistema. Esperamos que os resultados obtidos ao longo dessa monografia tragam novas ideias a serem implementadas em um futuro próximo no contexto de caminhadas quânticas, de modo sejam úteis para o desenvolvimento de estudos futuros.


  • Mostrar Abstract
  • Currently, thereis a greatinterest in studying quantum computationand quantum informationtheory. Recentstudies show thatthesecomputerscan realize computationalcalculationsmuch more fasterthananyclassicalcomputer, in additiontoservingtounderstand fundamental propertiesof quantum systems. Amongthis new studies, the quantum walks serves as ananalogueoftheclassicalrandomwalks, whichiswidelystudied in computationscienceand in thedescriptionofphysical systems. In thisstudy, wewillanalyzethepropertiesofdiscrete-time quantum walks in linear andnonlinearmediums. Being more specific, wefocusedonthethree-state quantum walk, a modelthat posses anintrisiclocalizationaroundtheinitial position. We show that, in the linear case, relevantphysicalquantities in the quantum walkliteraturesatisfies universal dynamicalscalinglaws in thevicinityofthe point whereoccurthetransitionbetweenlocalizedanddelocalizedstates. Further, weobtainananalyticalexpressiontotheparticipationratio for theconfigurationwherethewalker are completelydelocalized in thelattice. Thisexpressionisalsovalid for others quantum walksthat posses thesamecharacteristics. Whenweconsider a nonlinear dynamics, wewillseethatthereisanemergenceof a new behavior in the quantum walkliterature, theirradiationofthelocalizedportionofthewave-packet. It is display thatthisirradiationfollowsanspecificpower-law, whichisindependentoftheinitialstateandalsofromthenonlinearityparameter. Wehopethattheresultsobtainedthroughthismonographybrings new ideastobeimplemented in a near future in thecontextof quantum walks, in such a waytobeuseful in thedevelopmentof new studies.

Teses
1
  • ELLENA JULIANA LINS DE OLIVEIRA
  • Efeitos de superfícies e de campo elétrico sobre transições de fase em sistemas esmetogênicos envolvendo a fase esmética-C

  • Orientador : ITALO MARCOS NUNES DE OLIVEIRA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ROBERTA RARUMY RIBEIRO DE ALMEIDA
  • DORA IZZO
  • FERNANDA SELINGARDI MATIAS
  • ITALO MARCOS NUNES DE OLIVEIRA
  • MARIA SOCORRO SEIXAS PEREIRA
  • SOLANGE BESSA CAVALCANTI
  • Data: 22/10/2021

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  • Esta tese investiga os efeitos da superfície e de tamanho finito nas transições de fase defilmes livremente suspensos e os efeitos de campo elétrico no bulk na fase esmética-C. Inicialmente, é feita uma revisão dos modelos microscópicos existentes e amplamente utilizados para a descrição das transições de fase em sistemas lineares apresentando fases nemática e esmética-A. Em seguida, revisamos o modelo desenvolvido por Govind e Madhusudana, descrevendo a transição de fase do esmética-C–esmética-A. Motivados por sua abordagem, propomos um novo modelo teórico para descrever as transições de fase em sistemas que apresentam a fase esmética-C. Usando um potencial de campo médio para uma partícula, mostramos que o diagrama de fase de compostos líquidos-cristalinos com um pequeno dipolo transversal pode ser razoavelmente descrito quando a contração das camadas esméticas induzida pela inclinação das moléculas é considerada e com um número reduzido de parâmetros do modelo. Com o objetivo de estender o modelo proposto para filmes livremente suspensos, o modelo de McMillan-Mirantsev para filmes livremente suspensos na fase esmética-A é revisado. O modelo introduzido por Mirantsev mostra que o ancoramento superficial estabiliza a fase esmética para temperaturas acima da temperatura de transição do bulk. Considerando um perfil do ângulo de inclinação e uma versão discreta do potencial de campo médio para uma partícula, a interação do ancoramento superficial e os efeitos de tamanho finito afetam o comportamento dos parâmetros de ordem nos filmes livremente suspensos na fase esmética-C. A temperatura de transição mostra-se dependente do ordenamento da superfície e da espessura do filme. A ordem orientacional imposta pelo ancoramento superficial estabiliza o parâmetro de ordem de inclinação na superfície do filme acima da temperatura de transição esmética-C–esmética-A do bulk. As camadas superficiais consequentemente permanecem na fase de esmética-C, enquanto as camadas centrais sofrem uma transição de fase de esmética-C–esmética-A. O efeito de um campo elétrico externo é considerado em amostras no bulk da fase esmética-C, induzindo uma reorientação do vetor diretor possibilitando a supressão da fase isotrópica e o aparecimento de fases nemáticas residuais e induzidas pelo campo.


  • Mostrar Abstract
  • This thesis investigates surface and finite size effects on the phase transitions of free-standing smectic-C films and electric field effects in the bulk. Initially, a review is given of existing and widely used microscopic models for the description of phase transitions in liquid-crystalline systems presenting nematic and smectic-A phases. We then review the model developed by Govind and Madhusudana, describing the smectic-C–smectic-A phase transition. Motivated by their approach, we propose a new theoretical model to describe phase transitions in systems presenting the smectic-C phase. Using a single-particle mean-field potential, we show that the phase diagram of liquid-crystalline compounds with a small transverse dipole can be reasonably described when the tilt-induced contraction of smectic layers is considered and with a reduced number of model parameters. Aiming to extend the proposed model for freely suspended films, McMillan-Mirantsev’s model for free-standing smectic-A films is reviewed. The model introduced by Mirantsev shows that surface anchoring stabilises the smectic phase for temperatures above the bulk transition temperature. Considering a tilt angle profile and a discrete version of the single-particle mean-field potential, the interplay of surface anchoring and finite size effects affects the behaviour of the order parameters in free-standing smectic-C films. The transition temperature is shown to depend on surface ordering and film thickness. The orientational order imposed by surface anchoring is shown to stabilise the tilt order parameter in the film surface above the bulk smectic-C–smectic-A transition temperature. Surface layers therefore remain in the smectic-C phase, while the central layers undergo a smectic-C–smectic-A phase transition. The effect of an external electric field is considered in smectic-C bulk samples, inducing a reorientation of the director vector and thus enabling the suppression of the isotropic phase and the appearance of residual and field-induced nematic phases.

2020
Dissertações
1
  • PAMELA SANTOS TERCEIRO
  • Transição por Redução de Camadas em Filmes Esméticos Livremente Suspensos nas proximidades da Transição SmA-N

  • Orientador : MARIA SOCORRO SEIXAS PEREIRA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • MARIA SOCORRO SEIXAS PEREIRA
  • SERGIO HENRIQUE ALBUQUERQUE LIRA
  • LIDIANE MARIA OMENA DA SILVA LEAO
  • Data: 20/02/2020

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  • No presente trabalho, estudamos como os efeitos de superfície e a presença de campo
    externo modificam as propriedades dos filmes esméticos. Inicialmente, investigamos a
    transição por redução de camadas num regime do parâmetro
    α que corresponde à vizinhança
    da transição de fase esmética-A-nemática(
    SmA - N). Utilizando o Modelo de McMillanMirantsev para ordem esmética, onde resolvemos as relações autoconsistentes que definem
    os parâmetros de ordem nemático
    s e esmético σ que minimizaram a energia livre de
    Helmolthz. Demonstramos que uma transição por redução de camadas induzida por um
    campo externo, pode ocorrer em filmes esméticos com anisotropia negativa mesmo abaixo
    da temperatura de transição do
    Bulk. Nós investigamos também, os perfis das flutuações
    na ordem esmética.



  • Mostrar Abstract
  • In the present work, we studied how surface effects and the presence of an external
    field modify the properties of smectic films. Initially, we investigated the transition by
    reducing layers in a regime of the parameter
    α that corresponds to the neighborhood of the
    smectic-A-nematic phase transition (
    SmA - N). By using the McMillan-Mirantsev Model
    for smectic order, where we solve the self-consistent relationships that define the parameters
    of the nematic order
    s and smectic σ that minimized the free energy of Helmolthz. We
    demonstrated that a layer thinning induced by an external field, can occur in smectic
    films with negative anisotropy even below the
    Bulk transition temperature . We also
    investigated the profiles of fluctuations in the smectic order.


2
  • JULIO NUNES MACHADO
  • Bi-estabilidade de fase em populações neuronais

  • Orientador : FERNANDA SELINGARDI MATIAS
  • MEMBROS DA BANCA :
  • FERNANDA SELINGARDI MATIAS
  • MARIA SOCORRO SEIXAS PEREIRA
  • MARIA ELISA CALCAGNOTTO
  • Data: 28/02/2020

  • Mostrar Resumo
  • A sincronização de sistemas não lineares tem sido amplamente estudada em diversos sistemas, como por exemplo, físicos e biológicos. Em particular, um tipo não usual de sincronização, chamada sincronização antecipada (AS, do inglês anticipated synchronization) , foi descoberta por Voss onde dois sistemas dinâmicos estavam acoplados unidirecionalmente. Este regime de AS pode ocorrer quando um sistema dinâmico “transmissor"descrito por um conjunto de equações diferenciais ordinárias está acoplado unidirecionalmente a um sistema “receptor"descrito pelas mesmas equações mas que está sujeito a uma retroalimentação atrasada e negativa. Nesses casos, AS é caracterizado por uma diferença de fase negativa entre o transmissor e o receptor. Recentemente foi reportado por Matias que a atividade elétrica de regiões corticais do cérebro de macacos pode exibir este tipo de sincronização durante a realização de tarefas cognitivas e motoras. Neste trabalho, estudamos um modelo de populações de neurônios de Izhikevich que podem apresentar tanto o regime de AS, como o regime usual de sincronização com atraso (DS, do inglês delayed synchronization), caracterizado por uma diferença de fase positiva. Neste modelo cada neurônio recebe um ruído externo, simulando sinapses excitatórias vindas de outras regiões cerebrais, que obedecem uma distribuição de Poisson. Mostramos que para um conjunto de parâmetros biologicamente plausíveis, este modelo apresenta um regime bi-estável entre DS e AS. Verificamos ainda que as propriedades desta bi-estabilidade dependem da relação entre as condutâncias sinápticas da população receptora, do acoplamento unidirecional, e do ruído. Além disso, sugerimos que essa populações podem ser um modelo simples mas biologicamente plausível para regiões corticais durante a percepção de estímulos bi-estáveis.


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  • Synchronization of non-linear systems has been extensively studied in several systems both in physics and biology. In particular, an unusual type of synchronization, called anticipated synchronization (AS), was discovered by Voss, when two dynamic systems were unidirectionally coupled. The AS regime can occur when a dynamic system ("sender") described by a set of ordinary differential equations is coupled unidirectionally to a "receiver" system described by the same equations but subjected to a negative delayed self-feedback. In such cases, AS is characterized by a negative phase difference between the transmitter and the receiver. Recently it was reported that the electrical activity of cortical regions of the monkey brain can display this type of synchronization during the performance of cognitive and motor tasks. In this work, we studied a model of neuron populations of Izhikevich that can display both the AS regime and the usual delayed synchronization regime (DS), characterized by a positive phase difference. In this model each neuron receives an external noise, simulating excitatory synapses coming from other brain regions, which obey a Poisson distribution. We show that for a set of biologically plausible parameters, this model presents a bistable regime between DS and AS. We also found that the properties of this bistability depend on the relationship between the synaptic conductances of the receiving population, the unidirectional coupling, and the external noise in each neuron. We suggest that this motif could represent a toy model for cortical regions during bistable percepetion.

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  • ICARO RODOLFO SOARES COELHO DA PAZ
  • Transferência de energia Er3+ → Sm3+ em vidros TeO2:ZnO

  • Orientador : ARTUR DA SILVA GOUVEIA NETO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ARTUR DA SILVA GOUVEIA NETO
  • LIDIANE MARIA OMENA DA SILVA LEAO
  • UESLEN ROCHA SILVA
  • Data: 02/03/2020

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  • Neste trabalho estudamos a geração de luz visível, no infravermelho próximo, conversão ascendente de frequências e o processo de transferência de energia em uma matriz vítrea de 80TeO2:20ZnO dopada com íons de Er3+ e Sm3+. Sendo analisados os espectros de emissão das amostras quando excitadas por fontes LASERs distintas (532 e 980 nm). Os resultados tanto da luminescência quanto das medidas do tempo de vida mostram a transferência de energia do Er → Sm utilizando ambas as fontes de excitação, onde para 532 nm foi constatado que a rota de TE é 4S3/2 (Er3+) → 4G5/2 (Sm3+) e utilizando a fonte de excitação correspondente a 980 nm a rota de TE é 4I11/2 (Er3+) → 6F9/2 (Sm3+). Mediante os resultados obtidos no tratamento dos dados das medidas do tempo de vida, verificou-se que a rota de transferência de energia mais eficiente para todas as concentrações estudadas é a que corresponde a linha de 4S3/2  (850 nm). Nesse cenário, foram propostas duas rotas de TE onde uma delas até então não havia sido relatada na literatura.


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  • Two sets of Er3+/Sm3+ co-doped 80TeO2:20ZnO (mol%) glass samples were
    synthetized and their luminescence properties investigated under VIS (532 nm)
    and NIR (980 nm) excitation. Emissions around 530, 550, 660, 800, and 850 nm
    from Er3+ and 560, 600, 645, and 700 nm from Sm3+ were generated via energy
    down-conversion (532 nm excitation), and up-conversion (980 nm excitation). The
    behavior of the emitted intensities when one varied the Er3+/Sm3+ concentration
    ratio indicated two Er3+-to-Sm3+ energy-transfer mechanisms, also corroborated by
    lifetime measurements. The efficient Er3+-to-Sm3+ energy transfer was fully characterized,
    and was found being dependent upon the excitation mechanism.

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  • CATHARINA BATISTA DE ARAÚJO
  • Formação de defeitos topológicos em cascas nemáticas com formato de haltere

  • Orientador : ITALO MARCOS NUNES DE OLIVEIRA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDRESSA MARIA DA SILVA NUNES
  • ITALO MARCOS NUNES DE OLIVEIRA
  • MARIA SOCORRO SEIXAS PEREIRA
  • Data: 09/03/2020

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  • Nas últimas décadas, diversos estudos estão concentrados na análise do surgimento de defeitos topológicos em cristais líquidos confinados em geometrias curvas. Desta forma, abordamos os principais resultados dessas pesquisas, como o estudo das cascas esféricas de cristais líquidos nemáticos, juntamente com o método de formação dessas cascas, e o estudo de cascas nemáticas com curvatura variável. Realizamos a análise teórica da formação de defeitos topológicos em cristais líquidos confinados em cascas nanoscópicas. Para isso, analisamos os tipos mais frequentes de desclinações de barreira e como identificar a carga topológica associada a um defeito. Vários são os fatores que podem modificar os defeitos topológicos em uma casca, como variação da temperatura e os efeitos de campo externo. Desta forma, o trabalho é destinado ao estudo da aplicação de um campo elétrico externo numa casca nemática com geometria de haltere. Para isso, observamos como a geometria de confinamento afeta a formação de defeitos topológicos em cristais líquidos quando confinados em cascas com a geometria em particular. Usamos a técnica de Dinâmica Molecular para investigar a formação de defeitos em amostras líquida cristalinas na fase nemática. Apresentamos os resultados da simulação molecular do campo do diretor a partir da influência do campo elétrico longitudinal e do campo elétrico transversal.

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  • In the last decades, several studies have been carried to analize topolological defects in liquid crystals confined in curved geometries. In this way, we approach the main results of these researches, such as the study of spherical shells of liquid nematic crystals, together with the method of formation of these shells, and the study of nematic shells with variable curvature. We performed the theoretical analysis of the formation of topological defects in liquid crystals confined to nanoscopic shells. For this, we analyze the most frequenttypes of barrier disclination and how to identify the topological charge associated with the defect. There are several factors that can modify topological defects in a shell, such as temperature variation and external field effects. We used Molecular Dynamics to investigate the formation of defects in liquid crystals samples in the nematic phase. In this work, we show the results of the molecular simulation of the director field from the influence of the longitudinal electric field and the transverse electric field.

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  • JOSÉ CARLOS DO AMARAL ROCHA
  • Mistura não linear por duas ondas utilizando luz estruturada

  • Orientador : EDUARDO JORGE DA SILVA FONSECA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • EDUARDO JORGE DA SILVA FONSECA
  • PEDRO VALENTIM DOS SANTOS
  • SANDRA SAMPAIO VIANNA
  • Data: 10/03/2020

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  • A modificação de propriedades ópticas devido a interação da luz com a matéria é objeto de estudo da óptica não linear. A possibilidade da polarização de um meio responder com potências da amplitude do campo aplicado dá surgimento a uma gama de fenômenos físicos de grande interesse científico e tecnológico. Junto a isso, temos que a estruturação da luz, ou seja, seu controle espacial, permite estudá-la em sistemas bastante particulares. Nesta dissertação de Mestrado, investigamos a interação de luz estruturada com um meio não linear no contexto de mistura por duas ondas. Inicialmente apresentamos a mistura não linear de feixes Laguerre-Gauss (LG) de ordens radiais nulas e momento angular orbital inteiro e fracionário. Observa-se que o meio não linear age como um acoplador dos diferentes graus de liberdade deste feixe estruturado, possibilitando a relação entre a carga topológica dos feixes incidentes com ordens radiais do feixe gerado a partir da interação não linear com a matéria. Em seguida, como primeiro resultado dessa dissertação, realizamos uma extensão desse tipo de mistura ao considerarmos feixes Laguerre-Gauss de ordens radiais não nulas e discorremos sobre suas implicações. Posteriormente, apresentamos a mistura de feixes LG contendo carga topológica fracionária e, com isso, observamos o surgimento do vórtice e de ordens radiais no campo gerado a partir dessa mistura. Posteriormente, utilizando uma superposição de modos Hermite-Gauss (HG) como mistura incidente, realizamos o processo inverso. Especificamos o feixe desejado que resulta da mistura e buscamos encontrar a superposição incidente. Dessa forma, pudemos realizar a conversão de modos entre diferentes bases paraxiais. Por fim, realizamos um estudo acerca da mistura não linear por duas ondas de modos Ince-Gauss (IG), determinando sua regra de seleção e analisando a transição da mistura entre modos LG e HG, que se revelam como casos particulares dos modos aqui estudados.


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  • The modification of optical properties due to light-matter interaction is object of study of Nonlinear Optics. The possibility of the polarization of a material to respond with powers of the applied field’s amplitude gives rise to many physical phenomena of great scientific and technological interests. Together with it, structuring light, meaning the application of custom light fields, allow us to study it in very particular systems. In this dissertation, we investigate the structured light interaction with a nonlinear media in the context of two-wave mixing. Initially we present the nonlinear mixture of Laguerre-Gaussian (LG) beams of null radial order and arbitrary orbital angular momentum. It is observed that the nonlinear media acts as a coupler between different degrees of freedom of this particular structured beam, enabling the relation between the topological charge of the incoming beams with the radial orders of the generated beam through its nonlinear interaction with matter. Next, as a first set of results of this dissertation, we extend this type of mixture by considering LG beams of non-null radial order and discuss about its implications. Later we show the mixture of LG beams carrying fractional topological charge and, with it, showing the birth of a vortex and radial orders in the generated beam. Subsequently, using a superposition of Hermite-Gaussian (HG) modes as initial beams, we perform the inverse process. We specify the desired output beam that results from the nonlinear mixture and find the incoming beams mode superposition. In this way, we were able to perform optical mode conversion of different paraxial basis. Lastly, we perform a study of the two-wave nonlinear mixture of Ince-Gaussian (IG) modes, obtaining its selection rule and analyzing the transition between the mixture of LG and HG modes, that reveals itself as particular cases of the modes here considered.

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  • ALEX GOMES DA SILVA
  • Nanopartículas para Nanotermometria: Usando Dupla Razão entre Picos para aumentar a sensibilidade térmica relativa

  • Orientador : WAGNER FERREIRA DA SILVA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • WAGNER FERREIRA DA SILVA
  • ALESSANDRA DOS SANTOS SILVA
  • ALEX EMANUEL BARROS COSTA
  • Data: 13/03/2020

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  • O uso de nanopartículas luminescentes tem crescido excepcionalmente nos dias atuais, para várias aplicações: para bioimageamento por fluorescência, como eficientes biomarcadores em tecidos de pequenos animais, bem como de células individuais, incluindo células cancerígenas, e como nanotermômetros. Entre as nanopartículas que são usadas para nanotermometria, destacam-se as que são dopadas com íons terra raras como o Yb3+, Er3+, Tm3+, Ho3+ e Nd3+. Mas, em geral, elas apresentam um baixo valor para a sensibilidade térmica relativa. Assim, para obter um aumento na sensibilidade térmica relativa das nanopartículas dopadas com íons terra raras, fizemos aqui a proposta de uma nova forma de se usar as emissões delas para medir a temperatura, no caso, propusemos que sejam feitas a razão de emissões associadas a quatro picos de emissão, tomando a razão entre pares de picos, usando uma razão de intensidade que cresça com a temperatura e outra que diminua, para ter assim uma razão entre pares de emissões. Com esta nova abordagem mostramos teoricamente, e experimentalmente, que o resultado será a soma das sensibilidades térmicas de cada par de pico. Para comprovar esta proposta, sintetizamos sete amostras (nanocristais) tipo núcleo-casca, sendo que em algumas amostras fizemos duas cascas e em outras apenas uma; elas foram dopadas com os íons Yb3+, Tm3+, Er3+ e Nd3+. A nanopartícula LaF3:YbTm@YbNd foi a que apresentou o maior valor para a máxima sensibilidade térmica relativa, no caso, 4,0%K-1 em 29 °C, quando comparado as outras amostras que sintetizamos. Este valor obtido é bem superior ao presente na literatura para um sistema codopado com Yb3+ e Tm3+, chegando a ser praticamente o dobro do valor reportado em alguns casos pela literatura. Obtivemos também um bom valor para a sensibilidade térmica relativa para a amostra LaF3:YbTm@YbEr@YbNd, cujo valor foi igual a 3,00%K-1 em 30°C. Por fim, esperamos que nosso trabalho possa contribuir para o uso das nanopartículas dopadas com íons terras raras para uso em nanotermometria.


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  • Recently, luminescent nanoparticles have aroused the researchers' interest in several applications: for fluorescence bioimaging, as efficient biomarkers in tissues of small animals and individual cells, including cancer cells, and as nanothermometers. Among the nanoparticles that are used for nanothermometry, those that are doped with rare earth ions (such as Yb3+, Er3+, Tm3+, Ho3+ and Nd3+) stand out. But, in general, they have low relative thermal sensitivity. Thus, in order to obtain an increase in the relative thermal sensitivity of nanoparticles doped with rare earth ions, we have proposed here a new way to use their emissions to measure the temperature. The idea is to calculate the emissions ratio associated with four emission peaks, taking the ratio between pairs of peaks, where one of the ratios increases and another ratio decreases with temperature. With this new approach we have showed theoretically, and experimentally, that the effective relative thermal sensitivity will be the sum of the relative thermal sensitivities associated with each pair of emission peak. To prove this proposal, we synthesized seven samples (core-shell and core-shell-shell nanocrystals) doped with Yb3+, Tm3+, Er3+ and Nd3+ ions. The LaF3 core-shell nanoparticle doped with Yb3+, Tm3+ and Nd3+ (LaF3:YbTm@YbNd) showed the highest value for the maximum relative thermal sensitivity, in this case, 4.0% K-1 at 29 °C, when compared to the other samples synthesized here. This value obtained is much higher than many other founded in the literature for a system doped with rare earth ions (approximately double). We also obtained a high value for the relative thermal sensitivity of the LaF3 core-shell-shell nanoparticle doped with Yb3+, Tm3+, Er3+, and Nd3+ (LaF3:YbTm@YbEr@YbNd), whose the value is equal to 3.00% K-1 at 30 °C. In conclusion, this work has showed a new way to increase the relative thermal sensitivity of nanoparticles doped with rare-earth ions for use in nanothermometry.

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  • LAÍS SANTOS DE JESUS
  • "Luminescência Opticamente e Termicamente Estimulada de Biovidros"

  • Orientador : ANIELLE CHRISTINE ALMEIDA SILVA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDRE LUIS BAGGIO
  • ANIELLE CHRISTINE ALMEIDA SILVA
  • João Vinícius Batista Valença
  • NOELIO OLIVEIRA DANTAS
  • Data: 27/05/2020

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  • O desenvolvimento e aperfeiçoamento de materiais para uso dosimétrico é de fundamental importância para uso em procedimentos adequados de segurança e proteção radiológica de indivíduos expostos a radiação ionizante. Diante disso, neste trabalho investigamos as propriedades ópticas e dosimétricas de biovidros puros, dopados com íons de európio e co-dopados com prata. As técnicas de caracterização utilizadas foram Absorção Óptica (AO), Fluorescência (FL), Termoluminescência (TL) e Luminescência Opticamente Estimulada (OSL). Nos espectros de AO foram observados bandas de absorção características do biovidro e dos dopantes (európio (Eu3+) e prata (Ag)), indicando que a dopagem com Ag gerou nanopartículas de Ag devido a presença da banda plasmônica. Com base nos espectros de AO verificou que as nanopartículas são esféricas e de tamanhos em torno de 40 nm. Nos espectros de FL observou bandas de emissão tanto das nanopartículas de Ag quanto dos íons de Eu+3, demonstrando que ao utilizar à excitação em 360 nm a amostra co-dopada emite no verde e vermelho, já com 470 nm emite apenas no vermelho. Características termoluminescentes como linearidade, reprodutibilidade e curva de emissão TL foram avaliadas. Além disso, também, foram analisadas a reprodutibilidade e curva de emissão OSL. Nos resultados de TL o biovidro puro apresentou curva de emissão com quatro picos centrados em 130°C, 210°C, 335°C e um pico com maior intensidade em torno de 250°C , o biovidro dopado com Eu3+ apresentou pico de emissão em torno de 125°C, já os biovidros co-dopados com Ag em torno de 125°C, 186°C, 295°C. Os biovidros dopados com Eu3+ e co-dopados com Ag demonstraram grande potencial para aplicabilidade na dosimetria OSL. Portanto, com base nesses resultados temos demonstrado que os biovidros puro, dopado com Eu3+ e co-dopados com Ag são materiais promissores visando aplicações na dosimetria das radiações ionizantes e também na biomedicina.


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  • O desenvolvimento e aperfeiçoamento de materiais para uso dosimétrico é de fundamental importância para uso em procedimentos adequados de segurança e proteção radiológica de indivíduos expostos a radiação ionizante. Diante disso, neste trabalho investigamos as propriedades ópticas e dosimétricas de biovidros puros, dopados com íons de európio e co-dopados com prata. As técnicas de caracterização utilizadas foram Absorção Óptica (AO), Fluorescência (FL), Termoluminescência (TL) e Luminescência Opticamente Estimulada (OSL). Nos espectros de AO foram observados bandas de absorção características do biovidro e dos dopantes (európio (Eu3+) e prata (Ag)), indicando que a dopagem com Ag gerou nanopartículas de Ag devido a presença da banda plasmônica. Com base nos espectros de AO verificou que as nanopartículas são esféricas e de tamanhos em torno de 40 nm. Nos espectros de FL observou bandas de emissão tanto das nanopartículas de Ag quanto dos íons de Eu+3, demonstrando que ao utilizar à excitação em 360 nm a amostra co-dopada emite no verde e vermelho, já com 470 nm emite apenas no vermelho. Características termoluminescentes como linearidade, reprodutibilidade e curva de emissão TL foram avaliadas. Além disso, também, foram analisadas a reprodutibilidade e curva de emissão OSL. Nos resultados de TL o biovidro puro apresentou curva de emissão com quatro picos centrados em 130°C, 210°C, 335°C e um pico com maior intensidade em torno de 250°C , o biovidro dopado com Eu3+ apresentou pico de emissão em torno de 125°C, já os biovidros co-dopados com Ag em torno de 125°C, 186°C, 295°C. Os biovidros dopados com Eu3+ e co-dopados com Ag demonstraram grande potencial para aplicabilidade na dosimetria OSL. Portanto, com base nesses resultados temos demonstrado que os biovidros puro, dopado com Eu3+ e co-dopados com Ag são materiais promissores visando aplicações na dosimetria das radiações ionizantes e também na biomedicina.

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  • MICHELE BERTOLDO COELHO
  • A influência da interação elétron-elétron na localização de Anderson e na localização dinâmica em sistemas de baixa densidade eletrônica

  • Orientador : WANDEARLEY DA SILVA DIAS
  • MEMBROS DA BANCA :
  • FRANCISCO ANACLETO BARROS FIDELIS DE MOURA
  • JONAS ROMERO FONSECA DE LIMA
  • MARCELO LEITE LYRA
  • Data: 31/07/2020

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  • Propriedades de transporte eletrônico em sistemas de elétrons interagentes e um tema central dentro da física de estado sólido. Entretanto, aléem do elevado custo computacional, tais sistemas podem apresentar restrições ao considerar méetodos perturbativos. Neste cenáario, modelos de baixa densidade eletrônica têm se mostrado uma boa alternativa para o estudo mostrando-se capaz de resgatar aspectos importantes presentes em sistemas de muitas partículas interagentes. Um desses fenômenos é o enfraquecimento da localização de Anderson promovido pela interação elétron-eléetron. Tal fenomenologia foi reportada inicialmente em estudos experimentais de correntes persistentes em anéis mesoscópicos. Entretanto, comportamentos semelhantes estão presentes em férmions em redes óticas, condensados ultra frios, modelos de Anderson-Hubbard em 1D, 2D e 3D, e vidros de Coulomb 2D, sugerindo algum grau de competição entre desordem e interação. Entre os trabalhos sobre esta temática, destacamos o trabalho de Dias e Lyra[Physica A 411 (2014) 35-41], que estudaram dois elétrons se movendo em um potencial desordenado unidimensional e mostraram uma influência não monotônica da interação elétron-elétron na localização de Anderson. Outro fenômeno interessante que surge da proposta de baixa densidade eletrônica e o dobramento da frequência de Bloch causado pela interação entre elétrons em sistemas 1D, indo de encontro com resultados de muitos corpos que mostravam que a interação atua destrutivamente nas oscilações de Bloch. O resultado do dobramento foi previsto teoricamente pelo trabalho de Dias e colaboradores[Phys. Rev. B 76 (2007) 155124] e confi rmado mais tarde experimentalmente[Science 347 (2015) 1229{1233]. No corpo desta dissertação apresentamos estudos envolvendo os dois cenários. Em um primeiro momento, nos investigamos a existência do caráter não monotônico da localização de Anderson em redes unidimensionais com desordem estrutural. Posteriormente, apresentamos nossos estudos considerando as oscilações de Bloch para sistemas de elétrons interagentes, considerando agora a inclusão de um termo de interação entre as partículas não-local. Os dois sistemas estudados mostram o papel relevante que a interação pode desempenhar sobre a dinâmica dos elétrons. Os resultados revelam aspectos competitivos entre diferentes estados eletrônicos presentes no sistema.


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  • Propriedades de transporte eletrônico em sistemas de elétrons interagentes e um tema central dentro da física de estado sólido. Entretanto, aléem do elevado custo computacional, tais sistemas podem apresentar restrições ao considerar méetodos perturbativos. Neste cenáario, modelos de baixa densidade eletrônica têm se mostrado uma boa alternativa para o estudo mostrando-se capaz de resgatar aspectos importantes presentes em sistemas de muitas partículas interagentes. Um desses fenômenos é o enfraquecimento da localização de Anderson promovido pela interação elétron-eléetron. Tal fenomenologia foi reportada inicialmente em estudos experimentais de correntes persistentes em anéis mesoscópicos. Entretanto, comportamentos semelhantes estão presentes em férmions em redes óticas, condensados ultra frios, modelos de Anderson-Hubbard em 1D, 2D e 3D, e vidros de Coulomb 2D, sugerindo algum grau de competição entre desordem e interação. Entre os trabalhos sobre esta temática, destacamos o trabalho de Dias e Lyra[Physica A 411 (2014) 35-41], que estudaram dois elétrons se movendo em um potencial desordenado unidimensional e mostraram uma influência não monotônica da interação elétron-elétron na localização de Anderson. Outro fenômeno interessante que surge da proposta de baixa densidade eletrônica e o dobramento da frequência de Bloch causado pela interação entre elétrons em sistemas 1D, indo de encontro com resultados de muitos corpos que mostravam que a interação atua destrutivamente nas oscilações de Bloch. O resultado do dobramento foi previsto teoricamente pelo trabalho de Dias e colaboradores[Phys. Rev. B 76 (2007) 155124] e confi rmado mais tarde experimentalmente[Science 347 (2015) 1229{1233]. No corpo desta dissertação apresentamos estudos envolvendo os dois cenários. Em um primeiro momento, nos investigamos a existência do caráter não monotônico da localização de Anderson em redes unidimensionais com desordem estrutural. Posteriormente, apresentamos nossos estudos considerando as oscilações de Bloch para sistemas de elétrons interagentes, considerando agora a inclusão de um termo de interação entre as partículas não-local. Os dois sistemas estudados mostram o papel relevante que a interação pode desempenhar sobre a dinâmica dos elétrons. Os resultados revelam aspectos competitivos entre diferentes estados eletrônicos presentes no sistema.

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  • FRANCISCO LEANDRO PONTES CARLOS
  • Sincronização antecipada em dados de eletroencefalograma: causalidade unidirecional e diferença de fase negativa entre eletrodos

  • Orientador : FERNANDA SELINGARDI MATIAS
  • MEMBROS DA BANCA :
  • FERNANDA SELINGARDI MATIAS
  • SERGIO HENRIQUE ALBUQUERQUE LIRA
  • NIVALDO ANTONIO PORTELA DE VASCONCELOS
  • Data: 12/08/2020

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  • Compreender a conectividade funcional do cérebro é um dos principais objetivos da neurociência. Em muitas situações, a diferença de fase relativa, juntamente com os padrões de coerência, são empregados para inferir a direção do fluxo de informação entre regiões cerebrais. No entanto, foi mostrado recentemente em dados de potencial de campo local de macacos a existência de um regime de sincronização no qual as áreas acopladas unidirecionalmente podem apresentar diferenças de fase positivas e negativas. Durante este regime contra-intuitivo, chamado sincronização antecipada (AS), a diferença de fase não reflete a causalidade. Aqui investigamos a coerência e a causalidade na banda de frequência alfa (aproximadamente 10 Hz) entre pares de eletrodos de eletroencefalograma (EEG) em humanos durante uma tarefa GO / NO-GO. Mostramos que os sinais de EEG em humanos podem exibir sincronização antecipada, caracterizada por uma influência unidirecional de um eletrodo A para um eletrodo B, mas o eletrodo B lidera o eletrodo A no tempo. Até onde sabemos, essa é a primeira verificação de AS nos sinais de EEG e no cérebro humano. O regime usual de sincronização atrasada (DS) também está presente entre muitos pares. O DS é caracterizado por uma influência unidirecional de um eletrodo A para um eletrodo B e uma diferença de fase positiva entre A e B, o que indica que o eletrodo A lidera o eletrodo B no tempo. Além disso, mostramos que o sinal de EEG exibe diversidade nas relações de fase: os pares de eletrodos podem apresentar sincronização em fase, anti-fase ou fora de fase com uma distribuição semelhante de diferenças de fase positivas e negativas.


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  • Understanding the functional connectivity of the brain has become a major goal of neuroscience. In many situations the relative phase difference, together with coherence patterns, have been employed to infer the direction of the information flow. However, it has been recently shown in local field potential data from monkeys the existence of a synchronized regime in which unidirectionally coupled areas can present both positive and negative phase differences. During the counterintuitive regime, called anticipated synchronization (AS), the phase difference does not reflect the causality. Here we investigate coherence and causality at the alpha frequency band (close to 10 Hz) between pairs of electroencephalogram (EEG) electrodes in humans during a GO/NO-GO task. We show that human EEG signals can exhibit anticipated synchronization, which is characterized by a unidirectional influence from an electrode A to an electrode B, but the electrode B leads the electrode A in time. To the best of our knowledge, this is the first verification of AS in EEG signals and in the human brain. The usual delayed synchronization (DS) regime is also present between many pairs. DS is characterized by a unidirectional influence from an electrode A to an electrode B and a positive phase difference between A and B which indicates that the electrode A leads the electrode B in time. Moreover, we show that EEG signals exhibit diversity in the phase relations: the pairs of electrodes can present in-phase, anti-phase, or out-of-phase synchronization with a similar distribution of positive and negative phase differences.

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  • CAMILA DE SOUSA OLIVEIRA
  • Efeitos da concentração do sensibilizador e da temperatura na luminescência de nanocristais fluoretos co-dopados com Yb³+/Tm³+ sob excitação anti-Stokes

  • Orientador : CARLOS JACINTO DA SILVA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • CARLOS JACINTO DA SILVA
  • WAGNER FERREIRA DA SILVA
  • JEFFERSON FERREIRA DA SILVA
  • Data: 17/12/2020

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  • Neste trabalho, investigamos os efeitos do aumento da concentração de 𝑌b3+ e da temperatura nas propriedades estruturais e ópticas de nanocristais (NCs) à base de fluoretos (𝐶𝑎𝐹2, 𝐿𝑎𝐹3 e 𝑁𝑎𝑌𝐹4) co-dopados com 𝑌b3+ /𝑇𝑚3+ sob excitação anti- Stokes em 1064 𝑛𝑚. Para isso, foram sintetizados conjuntos de amostras variando a concentração de 𝑌b3+ (2, 10,20 e 40 𝑚𝑜𝑙%) e mantendo fixa a de 𝑇𝑚3+ em 0,5 𝑚𝑜𝑙%. Inicialmente analisamos as propriedades estruturais por meio de difração de raios-X (DRX) e microscopia eletrônica de transmissão (MET). Na sequência, os processos de Conversão Ascendente de Energia (CAE) na região espectral de 400 a 900 𝑛𝑚 foram investigados, onde observamos o efeito da concentração de 𝑌b3+ sob excitação anti-Stokes. Comparativamente, os espectros de emissão por CAE das amostras de 𝐶𝑎𝐹2 e 𝑁𝑎𝑌𝐹4 tiveram comportamentos parecidos com o aumento da concentração de 𝑌b3+, sendo as amostras dopadas com 10 e 20 𝑚𝑜𝑙% as melhores para CAE, ou seja, esses NCs apresentaram quenching de concentração, o que não ocorreu com os NCs de 𝐿𝑎𝐹3. Uma observação importante foi o aumento das emissões por CAE com a temperatura para todas as concentrações, o que potencializa aplicações como imageamentos fluorescente e térmico. Por fim, investigamos o potencial dos NCs como nanosensores térmicos com base nas propriedades ópticas, usando a abordagem de razão de intensidade de fluorescência(RIF), no intervalo de temperatura de 313 a 473 K (40° C a 200 °C), sob excitação anti-Stokes. Em relação aos resultados de nanotermometria, todas as bandas de emissão aumentaram com a temperatura, sendo esse aumento da CAE atribuído ao processo de excitação anti- Stokes assistido por fônons, o qual é fortemente dependente da temperatura. RIF de várias bandas foram investigadas com o propósito de obter o melhor sensor térmico e, por fim, não foram encontradas grandes diferenças na sensibilidade térmica relativa (𝑆𝑟) dos nanotermômetros ópticos, com o aumento da concentração de 𝑌b3+, mas sim evoluções distintas com a temperatura. Acreditamos que tais resultados se devem ao fato desses NCs apresentarem energias de fônons muito parecidas (são todos fluoretos), embora apresentem rendimentos fluorescentes bem distintos.


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  • In this work, we investigated the effects of 𝑌b3+ concentration and temperature on the structural and optical properties of nanocrystals (NCs)based on fluorides (𝐶𝑎𝐹2, 𝐿𝑎𝐹3 and 𝑁𝑎𝑌𝐹4) co-doped with 𝑌b3+/ Tm3+ under anti-Stokes excitation at 1064 𝑛𝑚. For that, sets of samples were synthesized varying the 𝑌b3+ concentration (2,10,20 and 40 𝑚𝑜𝑙%) and keeping that of Tm3+ fixed at 0.5 𝑚𝑜𝑙%. We initially analyzed the structural properties by means of X-ray diffraction (XRD) and transmission eléctron microscopy (TEM). Subsequently, the Upconversion (UC) processes in the 400 to 900 𝑛𝑚 spectral region were investigated, Where we observed the effect of the 𝑌b3+ concentration under anti-Stokes excitation. Comparatively, the UC emission spectra of the 𝐶𝑎𝐹2 and 𝑁𝑎𝑌𝐹4 samples had similar behaviors with the 𝑌b3+ concentration increasing, with the samples doped with 10 and 20 𝑚𝑜𝑙% being the best for UC, i.e., these NCs showed concentration quenching, which did not happen with the 𝐿𝑎𝐹3 NC. An important observation was the increase in the UC emissions with temperature for all concentrations, which enhances applications such as fluorescente and termal imaging. Finally,we investigate the potential of the investigated NCs as termal nanosensors based on optical properties, using the fluorescence intensity ratio (FIR) approach, in the temperature range from 313 to 473 K (40 °C to 200 °C), under anti-Stokes excitation. Regarding the results of nanothermometry, all emission bands increased with temperature, and this increasein the UC was attributed to the phonon-assisted anti-Stokes excitation process, which is strongly dependente on temperature. FIRs of several bands were investigated with the purpose of obtaining the best termal sensor and, finally, no major differences were found in the relative termal sensitivity (𝑆𝑟) of the optical nanothermometers, with the increase in the 𝑌b3+ concentration, but obtained diferente evolutions with the temperature. We believe that these results are due to the fact that these NCs have very similar phonon energies (They are all fluorides), although They present very diferente fluorescente yields.

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