Dissertações/Teses

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2024
Dissertações
1
  • MIQUEIAS JACINTO CIRINO
  • Sobre o papel da coerência óptica de feixes ópticos em redes fotônicas unidimensionais

  • Orientador : PAULO CESAR AGUIAR BRANDAO FILHO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ALEX EMANUEL BARROS COSTA
  • PAULO CESAR AGUIAR BRANDAO FILHO
  • SOLANGE BESSA CAVALCANTI
  • Data: 26/02/2024

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  • A interação entre um campo parcialmente coerente com um ambiente fotônico periódico unidimensional é investigada dentro do contexto dos modos de Floquet-Bloch. Para isso, descrevemos a interação entre as propriedades da rede e as flutuações do campo considerando o feixe óptico como uma combinação linear de modos de Floquet-Bloch, cujos coeficientes são descritos por um processo aleatório estacionário. É demonstrado que a propagação de feixes parcialmente coerentes depende não apenas da média da excitação de cada banda, mas também das correlações existentes entre as diversas bandas suportadas pela rede.


  • Mostrar Abstract
  • The interaction between a partially coherent field with a one-dimensional periodic photonic environment is investigated within the framework of Floquet-Bloch modes. To this end, we describe the interplay between lattice properties and field fluctuations by considering the optical beam as a linear combination of Floquet-Bloch modes, whose coefficients are described by a stationary random process. It is demonstrated that the propagation of partially coherent beams depends not only on the average of the excitation of each band but also on the correlations existent among the various bands supported by the lattice.

2
  • MATHEUS FELIPE VIEIRA DE OLIVEIRA
  • Speckles em sistemas de partículas interagentes

  • Orientador : GUILHERME MARTINS ALVES DE ALMEIDA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • EDUARDO INACIO DUZZIONI
  • FRANCISCO ANACLETO BARROS FIDELIS DE MOURA
  • GUILHERME MARTINS ALVES DE ALMEIDA
  • Data: 08/03/2024

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  • A dinâmica de duas partículas quânticas interagindo em uma cadeia fracamente desordenada é
    investigada. A interferência quântica espacial entre elas é caracterizada através da estatística
    das amplitudes de transição de duas partículas, relacionadas às correlações de Hanbury Brown-
    Twiss na óptica. O perfil de flutuação do sinal pode discernir se as partes interagentes estão se
    comportando como bósons idênticos, férmions ou partículas distinguíveis. Um regime de speckle
    analógico totalmente desenvolvido, exibindo estatísticas de Rayleigh, é alcançado para bósons
    interagentes. Desvios em direção a distribuições de cauda longa ecoam correlações quânticas
    semelhantes a partículas idênticas não interagentes. No limite de interação forte, os estados
    ligados de duas partículas obedecem a distribuições de Rician compostas.


  • Mostrar Abstract
  • The dynamics of two interacting quantum particles on a weakly disordered chain is investigated.
    Spatial quantum interference between them is characterized through the statistics of two-particle
    transition amplitudes, related to Hanbury Brown-Twiss correlations in optics. The fluctuation
    profile of the signal can discern whether the interacting parties are behaving like identical bo-
    sons, fermions, or distinguishable particles. An analog fully developed speckle regime displaying
    Rayleigh statistics is achieved for interacting bosons. Deviations toward long-tailed distributi-
    ons echo quantum correlations akin to noninteracting identical particles. In the limit of strong
    interaction, two-particle bound states obey compound Rician distributions.

3
  • RODRIGO FERREIRA DA SILVA
  • Efeitos da concentração de Nd3+ na conversão ascendente de energia devido a um mecanismo do tipo avalanche de fótons em partículas cristalinas de NdxY1.00-xAl3(BO3)4 sob excitação não-ressonante em 1064 nm

  • Orientador : ANDRE DE LIMA MOURA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDERSON STEVENS LEONIDAS GOMES
  • ANDRE DE LIMA MOURA
  • TASSO DE OLIVEIRA SALES
  • Data: 11/03/2024

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  • Íons terras-raras trivalentes têm demonstrado ser extremamente eficientes na  absorção e emissão de diversos comprimentos de onda. Isto porque os elétrons  opticamente ativos não são os mais externos, o que enfraquece o vínculo dos íons  quando dopado em um material hospedeiro, devido a uma blindagem parcial do  estado 4f. Neste texto foi mostrado a eficiência fluorescente do Nd3+ (neodímio) em  partículas de NdxY1.00-xAl3(BO3)4 sob uma excitação (1064 nm) não-ressonante do tipo  Anti-Stokes partindo do estado fundamental para o nível 4F3/2. Mesmo com uma  excitação não-ressonante, foram observadas intensidades no espectro  fotoluminescente bastante amplo, desde o visível ao infravermelho, o que é explicado  pelo mecanismo de excitação do tipo avalanche de fótons (AF), que favoreceu de  forma bastante eficiente a população do nível 4F3/2 juntamente com aniquilação de  fônons para inicialmente popular o nível 4F3/2. Na interação entre um íon excitado  (4F3/2) e outro no estado fundamental (4I9/2), o íon excitado realiza uma relaxação  cruzada (não-radiativa) interagindo com um íon no estado fundamental de tal forma  que o primeiro relaxa do nível 4F3/2 para o 4I15/2 e o segundo é promovido excitado do  4I9/2 para 4I15/2.Devido à proximidade com os níveis inferiores, esses íons relaxam não radiativamente para os níveis 4I13/2 e 4I11/2. Uma vez no nível 4I11/2, os íons podem  absorver radiação do feixe de excitação que é ressonante com a transição 4I11/2 🡪 4F3/2. Dessa forma, um íon inicialmente excitado no nível 4F3/2 por um mecanismo de probabilidade baixa a temperatura ambiente, leva dois íons para o estado 4F3/2 e depois da sequência de eventos: absorção do estado fundamental assistida por  fônons; relaxação cruzada; relaxações não-radiativas e absorção de estado excitado  ressonante. Os dois íons no nível 4F3/2 podem transferir energia para dois vizinhos no  estado fundamental e levar quatro íons para o nível 4F3/2. A repetição desse conjunto  de eventos leva a uma excitação que segue uma progressão geométrica de íons  excitados, aumentando de formo abrupta a absorção dos fótons em 1064 nm. Com  grandes números de íons no nível 4F3/2 podemos observar transições que  caracterizam conversão ascendente e conversão descendente de energia cobrindo o espectro visível e infravermelho. Também foi investigado a influência das  concentrações da quantidade de neodímio para diferentes amostras, e foi constatado  uma forte dependência da relaxação cruzada para o mecanismos de avalanche de  fótons, devido à proximidade dos íons, e com isso foi proposto uma mecanismos de  looping de energia para concentrações de 5% a 20% de Nd3+, e para concentrações  maiores que 20%, a avalanche de fótons é estabelecida. Os resultados dessa  dissertação estão publicados nos periódicos: Applied Physics Letters com título  “Photon-avalanche-like upconversion in NdAl3(BO3)4 nanoparticles excited at 1064nm”  e Optical Materials com título “Energy-looping and photon-avalanche-like phenomena  in NdxY1.00-xAl3(BO3)4 powders excited at 1064 nm”.


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  • Trivalent rare earth ions have been shown to be extremely efficient in absorbing and emission of different wavelengths. This is because the optically active electrons are not the outermost, which weakens the ion bond when doped into a host material, due to partial shielding of the 4f state. In this text, the fluorescent efficiency of Nd3+ (neodymium) in NdxY1.00-xAl3(BO3)4 particles under a non-resonant Anti-Stokes type excitation (1064 nm) starting from the ground state to the 4F3/2 level was shown. Even with a non-resonant excitation, intensities were observed in the very broad photoluminescent spectrum, from visible to infrared, which is explained by the photon avalanche (AF) type excitation mechanism, which very efficiently favored the level population. 4F3/2 along with phonon annihilation to initially populate the 4F3/2 level. In the interaction between an excited ion (4F3/2) and another in the ground state (4I9/2), the excited ion performs a cross-relaxation (non-radiative) interacting with an ion in the ground state in such a way that the first relaxes from the level 4F3/2 to 4I15/2 and the second is excitedly promoted from 4I9/2 to 4I15/2. Due to the proximity to the lower levels, these ions relax non-radiatively to the 4I13/2 and 4I11/2 levels. Once at the 4I11/2 level, ions can absorb radiation from the excitation beam that is resonant with the 4I11/2 🡪 4F3/2 transition. Thus, an ion initially excited at the 4F3/2 level by a
    low probability at room temperature, takes two ions to the 4F3/2 state and after the sequence of events: phonon-assisted ground state absorption; cross relaxation; non-radiative relaxations and resonant excited state absorption. The two ions at the 4F3/2 level can transfer energy to two neighbors in the ground state and take four ions to the 4F3/2 level. The repetition of this set of events leads to an excitation that follows a geometric progression of excited ions, abruptly increasing the absorption of photons at 1064 nm. With large numbers of ions at the 4F3/2 level we can observe transitions that characterize upconversion and downconversion of energy covering the
    visible and infrared spectrum. The influence of neodymium concentrations for different samples was also investigated, and a strong dependence on cross-relaxation was found for the photon avalanche mechanisms, due to the proximity of the ions, and with this, an energy looping mechanism was proposed for concentrations of 5% to 20% of Nd3+, and for concentrations greater than 20%, the photon avalanche is established. The results of this dissertation are published in the journals: Applied Physics Letters with the title “Photon-avalanche-like upconversion in NdAl3(BO3)4 nanoparticles excited at 1064nm” and Optical Materials with the title “Energy-looping and photon-avalanche-like phenomena in NdxY1 .00-xAl3(BO3)4 powders excited at 1064 nm”.

4
  • LUIGUI AUGUSTO DOS SANTOS SOARES
  •  Plasmon Polariton de superfície em metamateriais com fator de perda

  • Orientador : SOLANGE BESSA CAVALCANTI
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ALEX EMANUEL BARROS COSTA
  • PAULO CESAR AGUIAR BRANDAO FILHO
  • SOLANGE BESSA CAVALCANTI
  • Data: 22/03/2024

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  • As equa¸c˜oes de Maxwell s˜ao comumente apresentadas sem considerar a intera¸c˜ao com a mat´eria. Neste estudo, exploramos a formula¸c˜ao das equa¸c˜oes de Maxwell quando a intera¸c˜ao com a mat´eria ´e levada em considera¸c˜ao, aplicando-as a um problema espec´ıfico. Al´em disso, introduzimos o conceito de metamaterial, um material artificialmente constru´ıdo que exibe propriedades incomuns em compara¸c˜ao com os materiais naturais. A partir desse conceito, demonstramos a possibilidade de sustentar plasmons de superf´ıcie em uma configura¸c˜ao espec´ıfica, elaborando detalhadamente essa configura¸c˜ao. Os SPPs (Polaritons de Pl´asmon de Superf´ıcie) em metamateriais apresentam caracter´ısticas singulares que viabilizam o controle preciso da luz em escalas nanom´etricas. Ao projetar a geometria e as propriedades dos metamateriais, ´e poss´ıvel ajustar as ressonˆancias dos SPPs para interagir com a luz em diferentes comprimentos de onda. Isso abre caminho para aplica¸c˜oes em dispositivos ´opticos avan¸cados, como sensores ultra-sens´ıveis, dispositivos de modula¸c˜ao de luz e circuitos ´opticos integrados. O estudo e desenvolvimento de SPPs em metamateriais representam uma ´area de pesquisa em constante evolu¸c˜ao, proporcionando oportunidades significativas para avan¸cos na manipula¸c˜ao e controle da luz em escalas nanom´etricas, com potenciais aplica¸c˜oes em diversas ´areas da tecnologia ´optica. 


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  • Maxwell’s equations are typically presented without considering interaction with matter. In this study, we explore how Maxwell’s equations are formulated when the interaction with matter is taken into account, applying them to a specific problem. Additionally, we introduce the concept of metamaterials—artificially constructed materials exhibiting properties uncommon in natural materials. From this concept, we demonstrate the feasibility of sustaining surface plasmon polaritons (SPPs) in a specific configuration, providing a detailed elaboration of this setup. SPPs in metamaterials possess unique characteristics enabling precise control of light at nanoscales. By designing the geometry and properties of metamaterials, it becomes possible to adjust the resonances of SPPs to interact with light at different wavelengths. This paves the way for applications in advanced optical devices, such as ultra-sensitive sensors, light modulation devices, and integrated optical circuits. The study and development of SPPs in metamaterials represent an ever-evolving research area, offering significant opportunities for advancements in the manipulation and control of light at nanoscales, with potential applications across various areas of optical technology.

Teses
1
  • PAMELA SANTOS TERCEIRO
  • PROPRIEDADES NÃO LINEARES DE MATERIAIS NANOESTRUTURADOS

  • Orientador : MARIA SOCORRO SEIXAS PEREIRA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDRE DE LIMA MOURA
  • ITALO MARCOS NUNES DE OLIVEIRA
  • MARIA SOCORRO SEIXAS PEREIRA
  • MARIA TEREZA DE ARAUJO
  • RAUL LIMA FERREIRA
  • SARAH ISABEL PINTO MONTEIRO DO NASCIMENTO ALVES
  • Data: 08/03/2024

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  • Este estudo se dedica à investigação da resposta termo-óptica e não linear de fluidos complexos, tais como cristais líquidos, pontos quânticos de carbono e corantes em diversos solventes. Utilizando a técnica de z-scan resolvida no tempo, exploramos o impacto da adição do ponto quântico de carbono derivado do cloreto de dansila (CD-DsCl) no coeficiente não linear refrativo em amostras planares de cristal líquido. No estudo da adição dos CD-DsCl em cristais líquidos, analisamos a dependência da resposta óptica não linear em relação à temperatura, especialmente nas proximidades das transições de fase esmética-A-nemática e nemática-isotrópica. Também investigamos os efeitos de um campo elétrico externo nessas amostras. Nossos resultados preliminares indicam que as amostras de líquido-cristalinas dopadas com pontos quânticos de carbono podem exibir uma resposta óptica não linear aprimorada, dependendo da intensidade do campo externo aplicado. Este estudo contribui para a compreensão dos fenômenos ópticos não lineares em sistemas de cristais líquidos dopados com pontos quânticos de carbono. Também investigamos o efeito de solventes nas propriedades ópticas não lineares das formas tautoméricas do corante alaranjado de metila por meio de abordagens experimentais. Nossos resultados mostram que na presença de diferentes solventes, o alaranjado de metila apresenta um comportamento óptico não linear negativo, e foi possível observar um deslocamento em sua absorção linear para o vermelho (red shift) à medida que a polaridade do solvente aumenta. Esse trabalho contribui
    para o avanço da compreensão da física básica dos compostos orgânicos.


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  • This study is dedicated to investigating the thermo-optical and nonlinear response of complex fluids such as liquid crystals, carbon quantum dots, and dyes in various solvents. Using the time-resolved z-scan technique, we explore the impact of adding carbon quantum dots derived from dansyl chloride (CD-DsCl) on the nonlinear refractive coefficient in planar liquid crystal samples. In the study of CD-DsCl addition in liquid crystals, we analyze the dependence of the nonlinear optical response on temperature, especially near the smectic-A to nematic and nematic to isotropic phase transitions. We also investigate the effects of an external electric field on these samples. Our preliminary results indicate that liquid crystal samples doped with carbon quantum dots may exhibit an enhanced nonlinear optical response, depending on the intensity of the applied external field. This study contributes to the understanding of nonlinear optical phenomena in liquid crystal systems doped with carbon quantum dots. We also investigate the effect of solvents on the nonlinear optical properties of the tautomeric forms of methyl orange through experimental approaches. Our results show that in the presence of different solvents, methyl orange exhibits a negative nonlinear optical behavior, and a red shift in its linear absorption is observed as the solvent polarity increases. This work contributes to advancing the understanding of the basic physics of organic compounds.

    This study is dedicated to investigating the thermo-optical and nonlinear response of complex fluids such as liquid crystals, carbon quantum dots, and dyes in various solvents. Using the time-resolved z-scan technique, we explore the impact of adding carbon quantum dots derived from dansyl chloride (CD-DsCl) on the nonlinear refractive coefficient in planar liquid crystal samples. In the study of CD-DsCl addition in liquid crystals, we analyze the dependence of the nonlinear optical response on temperature, especially near the smectic-A to nematic and nematic to isotropic phase transitions. We also investigate the effects of an external electric field on these samples. Our preliminary results indicate that liquid crystal samples doped with carbon quantum dots may exhibit an enhanced nonlinear optical response, depending on the intensity of the applied external field. This study contributes to the understanding of nonlinear optical phenomena in liquid crystal systems doped with carbon quantum dots. We also investigate the effect of solvents on the nonlinear optical properties of the tautomeric forms of methyl orange through experimental approaches. Our results show that in the presence of different solvents, methyl orange exhibits a negative nonlinear optical behavior, and a red shift in its linear absorption is observed as the solvent polarity increases. This work contributes to advancing the understanding of the basic physics of organic compounds.

     

2
  • MARCONI SILVA SANTOS JUNIOR
  • PROPRIEDADES DE TRANSPORTE EM SISTEMAS COM INTERAÇÃO ELÉTRON-ELÉTRON, ELÉTRON-REDE E
    MÁGNON-REDE

  • Orientador : FRANCISCO ANACLETO BARROS FIDELIS DE MOURA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDRE MAURICIO CONCEICAO DE SOUZA
  • Adauto José Ferreira de Souza
  • FRANCISCO ANACLETO BARROS FIDELIS DE MOURA
  • IRAM MARCELO GLERIA
  • VINICIUS MANZONI VIEIRA
  • Data: 05/04/2024

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  • Neste trabalho, foi estudado a dinâmica eletrônica sob a influência da interação Cou-
    lombiana e o efeito da interação com a rede usando o modelo SSH, como também o
    estudo do par mágnon-rede e a transferência de estados quânticos com desordem corre-
    lacionada. No contexto da interação de Coulomb, o termo elétron-elétron em uma rede
    unidimensional cria uma sub-banda de estados ligados, desacoplando-se inicialmente da
    banda principal de estados para U = 8, também observado para U = 12. O Hamiltoniano
    permite considerar termos de interação elétron-elétron locais e também não locais. Pode-se
    observar o surgimento de uma nova sub-banda devido à interação entre os primeiros
    vizinhos e o alargamento desta sub-banda devido à interação local entre as partículas. A
    dinâmica do sistema sob a ação de um campo elétrico externo mostra que a interação
    entre as partículas promove um movimento coerente, resultando em modos de oscilação
    com frequência dobrada. A propagação eletrônica sob o efeito da interação elétron-rede foi
    investigada no formalismo de não-linearidade cúbica. Introduziu-se o acoplamento entre o
    elétron e a rede através da distribuição de hopping. Foram resolvidas as equações acopladas
    para o sistema elétron-rede e calculada a posição eletrônica em função do tempo. Foi feita
    uma investigação detalhada da dinâmica do elétron e da rede para uma ampla gama de
    intensidades de acoplamento elétron-rede. Os resultados demonstram que dependendo
    da condição inicial considerada e da intensidade da interação elétron-rede, é possível
    obter a formação do par elétron-rede. Os resultados também revelam que, dependendo
    da velocidade inicial da rede e do grau do termo elétron-rede, é observado uma repulsão
    entre a deformação da rede e o elétron. No trabalho envolvendo a interação mágnon-rede
    em uma cadeia de Morse não linear, onde o acoplamento entre o mágnon e a rede foi
    feito através do termo de exchange no Hamiltoniano de Heisenberg, os resultados indicam
    que a formação do par mágnon-rede acontece para valores específicos de interação e que
    dependem das condições iniciais. Também foi observado que com o aumento da diferença
    de tempo entre a propagação do mágnon e a rede, os valores necessários para promover o
    acoplamento diminui. Por fim, no último trabalho foi explorado a transferência de estados
    quânticos sob a influência de campos magnéticos desordenados e com acoplamentos de
    troca com desordem correlacionada de longo alcance. O mágnon a ser transmitido está
    em uma rede no estado fundamental ferromagnético. Para campo diferente de zero, a
    localização de Anderson é induzida no canal, mas uma transmissão melhor que a clássica
    ainda é possível para campo com intensidade moderada.


  • Mostrar Abstract
  • In this work, we studied the electronic dynamics under the influence of Coulomb interaction

    and also the effect of phonon interaction. Within the context of the Coulomb interaction,

    we will demonstrate that the electron-electron term in a one-dimensional lattice creates

    a subband of bounded states, initially standing out from the main band of states for

    U = 8, also observed for U = 12. Our Hamiltonian considers the local and first-neighbor

    interactions between electrons. The results show the appearance of a new subband due

    to the interaction between the first neighbors and the broadening of this subband due to

    the local interaction between the particles. The system’s dynamic under the action of an

    external electric field shows that interaction between particles promotes coherent movement,

    resulting in oscillation modes with doubled frequency. The electronic propagation under the

    effect of electron-lattice interaction was investigated within the standard cubic nonlinear

    profile. We introduce the coupling between the electron and the lattice through the hopping

    distribution. We solve the coupled equation set to electron and lattice and calculate the

    electronic position as a function of time. We provide a detailed investigation of the electron

    and lattice dynamics for a wide range of electron-lattice coupling intensities. Our results

    demonstrate that depending on the initial condition we consider and the intensity of the

    electron-lattice interaction, we can obtain (or not) an electron-phonon pair formation.

    Our results reveal that, depending on the initial velocity of the lattice and the degree

    of electron-lattice the term, we can observe a repulsion between electron and lattice

    deformation.

2023
Dissertações
1
  • LUCIELLY DE SOUZA ALVES
  • Espalhamento de luz por materiais com simetria PT

  • Orientador : PAULO CESAR AGUIAR BRANDAO FILHO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ALEX EMANUEL BARROS COSTA
  • ANDRE DE LIMA MOURA
  • PAULO CESAR AGUIAR BRANDAO FILHO
  • Data: 10/02/2023

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  • O objetivo da dissertação é analisar, com um certo nível de detalhe, o espalhamento de radiação eletromagnética monocromática por um material dielétrico isotrópico e linear com simetria $\mathcal{PT}$ na aproximação de Born. Estudar a luz espalhada por um material específico pode nos retornar informações úteis sobre a natureza do material. Assim, verificamos como o espalhamento da luz se comporta em um material que apresenta simetria $\mathcal{PT}$ e como a presença de ganho e perda dentro do material pode afetar a densidade espectral do campo espalhado. A densidade espectral é uma quantidade que pode ser medida diretamente no laboratório. Verificamos que, para certas distribuições de ganho e perda, a direção do campo espalhado pode variar sem alterar a geometria do espalhador. O caráter não-Hermitiano do índice de refração do espalhador também se reflete no padrão de intensidade espalhada, que agora passa a ser assimétrico com relação ao ângulo de espalhamento.

    Iniciamos no capítulo 1 com uma breve motivação sobre o desenvolvimento do trabalho. O capitulo 2 introduz os conceitos fundamentais da simetria $\mathcal{PT}$ e suas respectivas aplicações na área da mecânica quântica, discutindo as propriedades mais importantes que descrevem essa simetria. Faremos também a conexão de tal simetria com o campo de pesquisa da óptica.
    O capítulo 3 apresenta a teoria clássica do espalhamento e a equação da onda satisfeita pelo campo elétrico na sua aproximação escalar, partindo do conjunto das equações de Maxwell. Será exposta também a teoria formal do espalhamento para campos escalares e a representação de espalhamento múltiplo com a série de Born. Discutiremos como são dadas tais aproximações e suas aplicações de interesse para o nosso trabalho. No capítulo 4, trataremos do espalhamento da luz por um material $\mathcal{PT}$-simétrico na primeira aproximação de Born. Nosso trabalho conclui que as direções do campo espalhado podem sofrer mudanças dependendo da presença de ganho e perda no material espalhador. Por fim, no capitulo 5, as conclusões serão discutidas bem como algumas perspectivas futuras.


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  • The objective of this dissertation is to analyze, with a certain level of detail, the scattering of monochromatic electromagnetic radiation by an isotropic and linear dielectric material having $\mathcal{PT}$ symmetry in the Born approximation. Studying the light scattered by a specific material can give us useful information about the nature of the material. Thus, we verify how light scattering behaves in a material that has $\mathcal{PT}$ symmetry and how the presence of gain and loss within the material can affect the spectral density of the scattered field. Spectral density is a quantity that can be measured directly in the laboratory. We verified that, for certain gain and loss distributions, the scattered field direction can be varied without changing the scatterer geometry. The non-Hermitian character of the refractive index of the scatterer is also reflected in the scattered intensity pattern, which now becomes asymmetric with respect to the scattering angle.

    We begin in chapter 1 with a brief motivation about the development of the work. Chapter 2 presents the fundamental concepts of $\mathcal{PT}$ symmetry and their respective applications in the field of quantum mechanics, discussing the most important properties that describe this symmetry. We will also make the connection of such symmetry with the research field of optics.
    Chapter 3 presents the classical theory of scattering and the wave equation satisfied by the electric field in the scalar approximation, starting from the set of Maxwell's equations. The formal theory of scattering for scalar fields and the representation of multiple scattering with the Born series will also be exposed. We will discuss how such approximations are given and their applications of interest to our work. In chapter 4, we will deal with the scattering of light by a $\mathcal{PT}$-symmetric material in the first Born approximation. Our main conclusion is that the scattered field directions can undergo changes depending on the presence of gain and loss in the scattering material. Finally, in chapter 5, we discuss our conclusions and some future perspectives.

2
  • ANA MARIA TORRES DA SILVA
  • Ensaios de Imunoaglutinação em Chips de Acustofluídica

  • Orientador : GLAUBER JOSE FERREIRA TOMAZ DA SILVA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • GLAUBER JOSE FERREIRA TOMAZ DA SILVA
  • JOSE PEREIRA LEAO NETO
  • MAGNA SUZANA ALEXANDRE MOREIRA
  • Data: 19/04/2023

  • Mostrar Resumo
  • Neste trabalho, estudamos os efeitos da acustofluídica em ensaios de imunoaglutinação por
    meio da reação de aglutinação de partículas de látex revestidas com Gama-Globulina anti-
    PCR. Utilizamos um chip de acustofluídica composto por microcanais e uma microcavidade
    acústica, na qual as partículas são levitadas e aglomeradas nas regiões centrais devido à
    força de radiação. Realizamos teste de aglutinação no chip de acustofluídica utilizando o
    kit denominado BIOLÁTEX PCR para caracterização do chip. Inicialmente, investigamos
    os padrões de aglutinação formados em uma lâmina por meio de microscopia óptica.
    Em seguida, analisamos como esses padrões se comportavam dentro da microcavidade
    acústica, investigando as reações entre antígenos e anticorpos e as condições necessárias
    para essa reação, além de avaliar o chip de acustofluídica em parâmetros de repetibilidade,
    reprodutibilidade, limite de detecção e sensibilidade. Demonstramos que os sistemas
    acustofluídicos têm um grande potencial para análises clínicas, especialmente para a reação
    entre antígenos e anticorpos, aumentando a interação entre esses componentes. Observou-
    se, por meio do teste de aglutinação no chip, uma diminuição significativa no tempo de
    reação e uma maior estabilidade dos aglutinados dentro da microcavidade. Apresentou
    um limite de detecção correspondente a 187,5 pg/μL, o que é aproximadamente 32 vezes
    superior em relação ao teste convencional. Isso possibilita uma maior sensibilidade do
    teste. O chip de acustofluídica possui características únicas que permitem sua aplicação
    nas ciências da vida, na área de diagnósticos clínicos, oferecendo resultados com grande
    potencial.


  • Mostrar Abstract
  • In this work, we studied the effects of acoustofluidics on immunagglutination assays through
    the particle agglutination reaction of latex particles coated with anti-PCR gamma globulin.
    We used an acoustofluidic chip composed of microchannels and an acoustic microcavity, in
    which the particles are levitated and clustered in the central regions due to radiation force.
    We performed agglutination tests on the acoustofluidic chip using the BIOLATEX PCR
    kit to characterize the chip. Initially, we investigated the agglutination patterns formed on
    a slide by optical microscopy. Then, we analyzed how these patterns behaved within the
    acoustic microcavity, investigating the reactions between antigens and antibodies and the
    conditions necessary for this reaction, as well as evaluating the acoustofluidic chip in terms
    of repeatability, reproducibility, detection limit, and sensitivity. We demonstrated that
    acoustofluidic systems have great potential for clinical analyses, especially for the reaction
    between antigens and antibodies, increasing the interaction between these components.
    A significant decrease in reaction time and greater stability of agglutinates within the
    microcavity were observed through the agglutination test on the chip. The detection limit
    was found to be 187,5 pg/μL, which is approximately 32 times higher than that of the
    conventional test, enabling greater sensitivity of the test. The acoustofluidic chip has
    unique characteristics that allow its application in life sciences, particularly in the field of
    clinical diagnostics, offering results with great potential.

3
  • DENISSON GUTEMBERG PEREIRA DA SILVA
  • Estudo do Sinergismo de Nanocristais de Dióxido de Titânio Dopados com Níquel com Óxido de Grafeno e sua Aplicação em Sensores para Detecção de Acido Ascórbico.

  • Orientador : ANIELLE CHRISTINE ALMEIDA SILVA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANIELLE CHRISTINE ALMEIDA SILVA
  • EDUARDO JORGE DA SILVA FONSECA
  • DIOGENES MENESES DOS SANTOS
  • Data: 30/06/2023

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  • O  ácido ascórbico, conhecido como vitamina C, desempenha um papel crucial na saúde humana, sendo necessário desenvolver sensores sensíveis e seletivos para sua detecção em amostras complexas. A fim de potencializar as respostas elétricas e a interação com biomoléculas, os nanomateriais são incorporados na superfície de sensores. Os nanocristais de dióxido de titânio (TiO2) e óxido de grafeno (GO) apresentam propriedades interessantes, como alta área superficial, atividade catalíıtica e capacidade de amplificação de sinais elétricos, sendo excelentes candidatos em sensores eletroquímicos. Assim, o seu sinergismo pode potencializar essas propriedades. Diante disso, neste trabalho foi investigado o sinergismo entre nanocristais de TiO2 dopados com níquel (Ni) com GO e sua aplicação na detecção de ácido ascórbico. As propriedades ópticas, estruturais e vibracionais das amostras foram investigadas utilizando as técnicas de espectroscopia de absorção óptica (AO), difração de raios-X (DRX), espectroscopia Raman e Voltametria cíclica (VC). Nos espectros de AO confirmou a absorção no ultravioleta dos nanocristais de TiO2 e que com a dopagem alterou a band gap. Os dados de DRX e Raman confirmaram a presença da fase anatase dos nanocristais de TiO2, as distorções da rede com a dopagem e a formação do GO. Nos resultados de voltametria e aplicação em sensores para detecção de ácido ascórbico, confirmou que os nanocristais de TiO2 dopados com Ni e GO apresentaram uma alta sensibilidade e seletividade na detecção de  ácido ascórbico, com resposta linear na faixa de concentração, potencializando a sensibilidade do sensor. O efeito sinérgico dos dois nanomateriais potencializou ainda mais o sinal de detecção. Portanto, esses resultados contribuem para o avanço do conhecimento na área de nanomateriais e sua aplicação em sistemas de detecção sensíveis e seletivos de compostos bioativos, como ácido ascórbico.


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  • Ascorbic acid, known as vitamin C, plays a crucial role in human health, and it is necessary to develop sensitive and selective sensors for its detection in complex samples. In order to enhance electrical responses and interaction with biomolecules, nanomaterials are incorporated into the surface of sensors. Titanium dioxide (TiO2) and graphene oxide (GO) nanocrystals have interesting properties, such as high surface area, catalytic activity and ability to amplify electrical signals, making them excellent candidates for electrochemical sensors. Thus, their synergism can enhance these properties. Therefore, this work investigated the synergism between nanocrystals of TiO2 doped with nickel (Ni) and GO and its application in the detection of ascorbic acid. The optical, structural and vibrational properties of the samples were investigated using optical absorption spectroscopy (AO), X-ray diffraction (XRD), Raman spectroscopy and cyclic voltammetry (VC). In the AO spectra, it confirmed the absorption in the ultraviolet of the TiO2 nanocrystals and that with the doping it altered the band gap. XRD and Raman data confirmed the presence of the anatase phase of the TiO2 nanocrystals, the lattice distortions with doping and the formation of GO. In the results of voltammetry and application in sensors for detection of ascorbic acid, it confirmed that nanocrystals of TiO2 doped with Ni and GO presented a high sensitivity and selectivity in the detection of ascorbic acid, with linear response in the concentration range, enhancing the sensitivity of the sensor . The synergistic effect of the two nanomaterials further enhanced the detection signal. Therefore, these results contribute to the advancement of knowledge in the field of nanomaterials and their application in sensitive and selective detection systems of bioactive compounds, such as ascorbic acid.

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  • LEONARDO CLEMENTE EMIDIO DE BARROS
  • Nanopartículas de NaYF4 co- e tri-dopadas como conversores de luz UV/visível para infravermelho almejando uso em células solares

  • Orientador : CARLOS JACINTO DA SILVA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • CARLOS JACINTO DA SILVA
  • ANDRE DE LIMA MOURA
  • TASSO DE OLIVEIRA SALES
  • WAGNER FERREIRA DA SILVA
  • ANDRESSA NOVATSKI
  • Data: 26/07/2023

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  • A necessidade urgente de fontes de energias limpas e sustentáveis tem impulsionado a
    pesquisa pelo desenvolvimento de tecnologias que gerem energia a partir de fontes
    renováveis, como no caso das células solares (CSs) que convertem a luz solar em energia
    elétrica. Contudo, a eficiência destes tipos de dispositivos ainda é relativamente baixa,
    como ocorre nas CSs à base de silício, em que a região onde são mais eficientes
    (infravermelho-IR) a emissão solar é menor, quando comparada às emissões do Sol que
    ocorrem no UV-visível. Assim, o objetivo deste estudo foi investigar combinações de íons,
    principalmente terras raras (TRs), capazes de converter fótons de alta energia (UV-Visível)
    em fótons de baixa energia (na região do IR, em torno de 980 nm) visando aumentar a
    eficiência das células solares de silício. Portanto, o objetivo principal foi investigar as
    propriedades luminescentes de nanopartículas (NPs) dopadas com íons TRs e outros e seu
    potencial para converter fótons do UV-Visível para o IR. Nesse estudo foram utilizados os
    seguintes íons: Yb 3+ (Itérbio), Er 3+ (Érbio), Nd 3+ (Neodímio), Ce 3+ (Cério), Gd 3+ (Gadolínio), Mn 3+
    (Manganês) e Tm 3+ (Túlio). As caracterizações ópticas das NPs, que foram sintetizadas,
    ocorreram por meio da obtenção de espectros de excitação e emissão. Foram utilizadas NPs
    dopadas com dois (codopadas) e três (tridopadas) íons. A ideia foi buscar quais íons podiam
    absorver fótons com comprimentos de onda na região UV-visível e transferir sua energia
    para o íon Yb 3+ , para assim, gerar emissões no IR (~980 nm). Como resultados, em geral, foi
    obtido que as NPs codopadas (X 3+ ,Yb 3+ ) apresentaram transferências de energias (TEs)
    eficientes entre os íons X 3+ escolhidos e o Yb 3+ . Contudo, na amostra codopada com Mn 3+ e
    Yb 3+ não foi evidenciada TE, embora o Mn 3+ tivesse apresentado uma absorção intensa na

    região desejada. Com relação as amostras tridopadas (X 3+ ,Nd 3+ ,Yb 3+ ), a inclusão do íon Nd 3+
    como intermediário para a TE entre algum íon X 3+ escolhidos e o Yb 3+ não se mostrou algo
    vantajoso, pois, resultou em uma diminuição da emissão do Yb 3+ . No entanto, quando o Nd 3+
    foi combinado com o Ce 3+ e o Yb 3+ , o sistema apresentou uma ampla região de absorção
    dentro do espectro desejado (300 a 600 nm), mostrando ser um sistema interessante para
    estudos futuros. Em suma, os resultados aqui obtidos indicam que as NPs dopadas com íons
    TRs têm o potencial de melhorar a eficiência das CSs de silício, contudo, tal possibilidade
    ainda deve ser minunciosamente investigada.


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  • The urgent need for clean and sustainable energy sources has driven research into the
    development of technologies that generate energy from renewable sources, as in the case
    of solar cells (SCs) that convert sunlight into electrical energy. However, the efficiency of
    these types of devices is still relatively low, as occurs in silicon-based SCs, in which the
    region where they are most efficient (infrared-IR) the solar emission is lower, when
    compared to the emissions of the Sun that occur in the UV-visible. Thus, the objective of
    this study was to investigate combinations of ions, mainly rare earth (REs), capable of
    converting high energy photons (UV-Visible) into low energy photons (in the IR region,
    around 980 nm) in order to increase the efficiency of silicon solar cells. Therefore, the main
    objective was to investigate the luminescent properties of nanoparticles (NPs) doped with
    REs and other ions and their potential to convert photons from UV-Visible to IR. In this
    study, the following ions were used: Yb 3+ (Ytterbium), Er 3+ (Erbium), Nd 3+ (Neodymium), Ce 3+
    (Cerium), Gd 3+ (Gadolinium), Mn 3+ (Manganese) and Tm 3+ (Thulium). The optical
    characterizations of the synthesized NPs occurred by obtaining excitation and emission
    spectra. NPs doped with two and three ions were used. The idea was to find which ions
    could absorb photons with wavelengths in the UV-visible region and transfer their energy to
    Yb 3+ ion, thus generating emissions in the IR (~980 nm). As results, in general, it was
    obtained that the codoped NPs (X 3+ ,Yb 3+ ) presented efficient energy transfers (ETs) between
    the chosen X 3+ ions and the Yb 3+ . However, in the sample co-doped with Mn 3+ and Yb 3+ , ET
    was not evidence, although Mn 3+ had shown intense absorption in the desired region.
    Regarding the tridoped samples doped (X 3+ ,Nd 3+ ,Yb 3+ ), the inclusion of the Nd 3+ ion as an
    intermediary for the ET between some chosen X 3+ ion and the Yb 3+ , did not prove to be
    advantageous, since it resulted in a decrease in the Yb 3+ emission. However, when Nd 3+ was
    combined with Ce 3+ and Yb 3+ ions, the system showed a wide absorption region within the
    desired spectrum (300 to 600 nm), proving to be an interesting system for future studies. In
    short, the results obtained here indicate that NPs doped with RE 3+ ions have the potential to
    improve the efficiency of silicon SCs, however, this possibility still needs to be thoroughly
    investigated.

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  • RALINE SILVA DE ARAÚJO
  • Quebra Dinâmica de Simetria de Lorentz em um Modelo de Quatro Férmions Derivativo

  • Orientador : TIAGO HOMERO MARIZ DO NASCIMENTO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ALESANDRO FERREIRA DOS SANTOS
  • JOB SARAIVA FURTADO NETO
  • TIAGO HOMERO MARIZ DO NASCIMENTO
  • Data: 27/07/2023

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  • Nesta dissertação investigamos a quebra espontânea de simetria de Lorentz em um modelo de 4 férmions derivativo. A essência do mecanismo de quebra espontânea de simetria de Lorentz consiste no acoplamento de campos tensoriais através de potenciais de forma que, nos mínimos dos potenciais, estes campos adquiram valores esperados de vácuo não triviais, introduzindo assim direções espaço-temporais privilegiadas. Para este modelo calculamos o potencial efetivo no contexto de temperatura zero e temperatura finita, também investigamos as condições para restauração de simetria. Em seguida, calculamos a correspondente ação efetiva e mostramos que o potencial resultante é definido positivamente e possui um conjunto contínuo de mínimos, assim como realizamos a indução da ação cinética de segunda ordem no campo auxiliar.


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  • In this dissertation we investigate spontaneous Lorentz symmetry breaking in a 4-fermion derivative model. The essence of the spontaneous Lorentz symmetry breaking mechanism consists in the coupling of tensor fields through potentials in such a way that, in the minima of the potentials, these fields acquire expected values of non-trivial vacuum, thus introducing privileged space-time directions. For this model we calculate the effective potential in the context of zero temperature and finite temperature, we also investigate the conditions for symmetry restoration. Next, we calculate the corresponding effective action and show that the resulting potential is positively defined and has a continuous set of minima, as well as performing the induction of the second order kinetic action in the auxiliary field.

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  • MAX WENDELL ANDRADE MELO
  • Quebra Dinâmica de Simetria de Lorentz em um Modelo de Quatro Férmions Antissimétrico

  • Orientador : TIAGO HOMERO MARIZ DO NASCIMENTO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ALBERT PETROV
  • PAULO CESAR AGUIAR BRANDAO FILHO
  • TIAGO HOMERO MARIZ DO NASCIMENTO
  • Data: 28/07/2023

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  • Nesta dissertação estudamos a quebra dinâmica de simetria de Lorentz, ou seja, a quebra espontânea de simetria induzida por correções radiativas de uma teoria de férmiônica autointeragente. Em nosso estudo verificamos que após introduzirmos um campo auxiliar tensorial antissimétrico, obtemos uma teoria com esse campo minimamente acoplado a um espinor, na qual calculamos o potencial efetivo de um loop, à temperatura zero e temperarua finita, e também a ação efetiva de um loop. Depois de calcularmos a equação de gap à temperatura zero do potencial efetivo, demonstramos explicitamente que o potencial resultante é definido positivamente e possui um conjunto contínuo de mínimos. Também investigamos as condições para a restauração da simetria quando calculamos a equação de gap à temperatura finita, na qual obtemos certas restrições nas componentes antissimétricos do campo tensorial. Além disso, obtemos a mesma ação cinética de segunda ordem nos campos quando consideramos a ação efetiva de um loop com a derivada direcional ou apenas uma derivada.


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  • In this dissertation we study dynamic Lorentz symmetry breaking, that is, the spontaneous symmetry breaking induced by radiative corrections of a self-interacting fermionic theory. In our study we verified that after introducing an antisymmetric tensor auxiliary field, we obtain a theory with this field minimally coupled to a spinor, in which we calculate the effective potential of a loop, at zero temperature and finite temperature, and also the effective action of a loop. After computing the zero-temperature gap equation of the effective potential, we explicitly demonstrate that the resulting potential is positively defined and has a continuous set of minima. We also investigate the conditions for symmetry restoration when we calculate the gap equation at finite temperature, in which we obtain certain constraints on the antisymmetric components of the tensor field. Furthermore, we get the same second-order kinetic action on fields when we consider the effective action of a loop with the left-right derivative or just one derivative.

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  • LUCAS DA SILVA FERREIRA
  • Blindagem UV em filmes de quitosana dopados com pontos quânticos de carbono medida por molhabilidade

  • Orientador : ITALO MARCOS NUNES DE OLIVEIRA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ITALO MARCOS NUNES DE OLIVEIRA
  • MARIA SOCORRO SEIXAS PEREIRA
  • PEDRO JUVENCIO DE SOUZA JUNIOR
  • Data: 14/08/2023

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  • O presente estudo é voltado à caracterização das propriedades ópticas e interfaciais de filmes de quitosana dopados com pontos quânticos de carbono. Em particular, são considerados nanopartículas de carbono sintetizadas a partir de método hidrotérmico, usando o corante vermelho de metila como precursor. Usando as técnicas de espectroscopia UV-Vis e tensiometria ópticas, a fotoestabilidade e a molhabilidade dos filmes poliméricos são analisadas, com ênfase nos efeitos associados a fotoexcitação das amostras com um laser na região do UV. Os resultados obtidos mostram que a adição de um pequeno percentual de pontos quânticos de carbono não modifica a molhabilidade dos filmes, mas aumenta a fotoestabilidade das amostra à radiação UV. Usando o glicerol como líquido de prova nas medidas de ângulo, é mostrado que a dinâmica de molhagem não é afetada pela adição dos pontos quânticos de carbono, que age como centro absorvedor da radiação eletromagnética. Utilizando a teoria cinético-molecular para a analisar a dinâmica de molhagem, os parâmetros físico-químicos que caracterizam o fenômeno de molhagem são determinados. Os resultados obtidos nesse trabalho mostram que a adição de pontos quânticos pode ser usada para melhorar a estabilidade de filmes de polímeros biocompatíveis, os tornando
    menos susceptíveis à radiação UV do meio.


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  • The present study is devoted to characterizing the optical and interfacial properties of chitosan films doped with carbon quantum dots. In particular, carbon nanoparticles are synthesized from the hydrothermal method, using methyl red dye as a precursor.
    Using UV-Vis spectroscopy and optical tensiometry techniques, the photostability and wettability of polymeric films are analyzed, emphasizing the effects associated with photoexcitation of the samples with a laser in the UV region. The obtained results show that the addition of a small percentage of carbon quantum dots does not modify the wettability of the films but increases the photostability of the samples to UV radiation. Using glycerol as a test liquid during the contact angle measurements, one can observe that the wetting dynamics is not affected by the addition of carbon quantum dots, which act as an absorber center for electromagnetic radiation. Using the kinetic-molecular theory to analyze the wetting dynamics, the physical-chemical parameters that characterize the wetting phenomenon are determined. The results obtained in this work show that the addition of quantum dots can be used to improve the stability of biocompatible polymer films, making them less susceptible to UV radiation from the medium.

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  • ANTONIO EVANDRO DOS SANTOS
  • Estudo do Fenômeno de Espalhamento Acústico por meio do Método de Elementos Finitos FEM

  • Orientador : JOSE PEREIRA LEAO NETO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • JOSE PEREIRA LEAO NETO
  • JOSE HENRIQUE ARAUJO LOPES DE ANDRADE
  • ALEX EMANUEL BARROS COSTA
  • Data: 06/09/2023

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  •  propagação de ondas acústicas em partículas é um fenômeno complexo que envolve a interação Onda-Partícula, resultando em reflexão, transmissão e espalhamento da energia acústica. O estudo do espalhamento acústico envolve a análise das soluções da equação de Helmholtz, considerando condições de contorno e a expansão em ondas parciais. Essa análise nos permite compreender como partículas interagem com ondas acústicas e contribuem para a propagação e espalhamento da energia acústica. A maioria das análises teóricas sobre espalhamento e força de radiação acústica Frad (força estacionária causada pela mudança linear do fluxo de momento durante o espalhamento de uma onda acústica por uma partícula) em fluidos assume que as partículas têm forma esférica, mas, essa simplificação não representa todas as situações da realidade. A forma esférica é considerada uma forma geométrica idealizada, onde a partícula é simétrica em todas as direções, essa suposição simplifica o problema ao permitir que equações matemáticas mais simples sejam aplicadas para descrever o comportamento da partícula em resposta à radiação acústica. Ao considerar partículas com formas não esféricas, as técnicas analíticas exatas podem se tornar impraticáveis. Nesses casos, são necessárias abordagens numéricas mais sofisticadas, como métodos de elementos finitos, métodos de diferenças finitas ou métodos de elementos de contorno, para resolver o problema de espalhamento e obter resultados precisos e realistas. Aqui, uma abordagem semi-analítica é introduzida para lidar com partículas axissimétricas de subcomprimento de onda (limite de espalhamento de Rayleigh) imersas em um fluido ideal isotrópico. Os coeficientes de espalhamento que refletem os modos monopolo e dipolo são determinados por meio da resolução numérica do problema de espalhamento. Nosso método é comparado com o resultado exato para uma esfera rígida de subcomprimento de onda em água, uma esfera fluida e um sólido viscoelástico, além disso estendemos nossa análise para um esferóide, geometria que se aproxima da esfera porém envolve complicações analíticas que tornam as soluções exatas mais complicadas. Esses estudos são fundamentais para diversas aplicações Biomédicas, que usam técnicas como aprisionamento de partículas, levitação e pinças acústicas, entre outras. Técnicas para imobilizar partículas e células em sistemas microfluídicos são muitas vezes necessários no conceito da tecnologia de laboratório dentro de um chip (Lab-On-Chip) onde é comum partículas com dimensões muito menores do que o comprimento de onda acústica, conhecido como regime de espalhamento Rayleigh, encontrado em dispositivos de Acustofluídica.


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  • The propagation of acoustic waves in particles is a complex phenomenon that involves the interaction between waves and particles, resulting in the reflection, transmission, and scattering of acoustic energy. The study of acoustic scattering involves analyzing the solutions of the Helmholtz equation, considering boundary conditions and the expansion into partial waves. This analysis allows us to understand how particles interact with acoustic waves and contribute to the propagation and scattering of acoustic energy. Most theoretical analysis of scattering and acoustic radiation force Frad (the stationary force caused by the linear change of momentum flux during the scattering of an acoustic wave by a particle) in fluids assume that particles have a spherical shape, but this simplification does not represent all real-world situations. The spherical shape is considered an idealized geometric form, where the particle is symmetrical in all directions. This assumption simplifies the problem by allowing simpler mathematical equations to describe the particle’s behavior in response to acoustic radiation. However, when considering particles with non-spherical shapes, exact analytical techniques can become impractical. In such cases, more sophisticated numerical approaches are required, such as finite element methods, finite difference methods, or boundary element methods, to solve the scattering problem and obtain precise and realistic results. Here, we introduce a semi-analytical approach to deal with axially symmetric particles of sub-wavelength size (Rayleigh scattering limit) immersed in an ideal isotropic fluid. The scattering coefficients that reflect the monopole and dipole modes are determined through the numerical resolution of the scattering problem. Our method is compared with the exact result for a rigid sub-wavelength sphere in water, a fluid sphere, and a viscoelastic solid. Additionally, we extend our analysis to
    an spheroid, a geometry that approximates a sphere but involves analytical complications that make exact solutions more challenging. These studies are fundamental for various biomedical applications, which utilize techniques such as particle trapping, levitation, and acoustic tweezers, among others. Techniques for immobilizing particles and cells in microfluidic systems are often necessary in the concept of Lab-On-Chip technology, where particles with dimensions much smaller than the acoustic wavelength are common, known as the Rayleigh scattering regime, found in Acoustofluidic devices.

Teses
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  • RENATO FERREIRA DUTRA
  • Transporte de Carga e Transferência de Estados Quânticos em Geometrias de Baixa Dimensionalidade Desordenadas

  • Orientador : FRANCISCO ANACLETO BARROS FIDELIS DE MOURA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDRE MAURICIO CONCEICAO DE SOUZA
  • Adauto José Ferreira de Souza
  • FRANCISCO ANACLETO BARROS FIDELIS DE MOURA
  • GUILHERME MARTINS ALVES DE ALMEIDA
  • MARCELO LEITE LYRA
  • Data: 10/01/2023

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  • Neste presente trabalho, estudamos a dinâmica de um elétron em dois sistemas bidi-

    mensionais (2D) sob o efeito de um campo elétrico externo. Em ambos os casos investigamos a evolução temporal de um pacote de ondas inicialmente localizado, usando um formalismo de Taylor para resolver o conjunto de equações de Schrödinger. No primeiro caso, consideramos uma rede quadrada com os termos de hopping distribuı́dos de maneira aperiódica. Os resultados obtidos sugerem que uma propagação rápida de elétrons (dinâmica balı́stica) é encontrada para uma faixa de valores do grau de aperiodicidade ν do sistema. Ao inserir o efeito de um campo elétrico estático no modelo, verifica-se a existência de um comportamento oscilatório semelhante a dinâmica eletrônica em sistemas cristalinos, ou seja, em que exibem “oscilações de Bloch”. A frequência ω e o tamanho LE dessas oscilações são investigados e os resultados encontrados são comparados com a abordagem semi-clássica, resultando em uma boa concordância com comportamento padrão. No segundo caso, consideramos uma rede quadrada com os termos de hopping com desordem correlacionada. Nossos resultados indicaram que a desordem correlacionada promove uma propagação eletrônica rápida para tempos intermediários. Quando inserimos um campo elétrico, também observamos um comportamento similar as “oscilações de Bloch”. A frequência obtida para este segundo caso também está em boa concordância com os previstos pela abordagem semi-clássica. Apesar da ausência de estados estendidos e com base na desordem inserida no modelo, discutimos aestabilidade dessas aparentes “oscilações de Bloch”. Também investigamos a transferência de estados quânticos (QST) em um canal com desordem não correlacionada na diagonal, conectado a um emissor (S) e um receptor (R). Usamos algumas medidas do grau de localização para poder avaliar as propriedades de localização ou deslocalização do canal proposto para QST. Os resultados revelaram que dentro de um determinado limite de desordem fraca, a transferência de estados quânticos ocorre com boa fidelidade.


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  • In this present work, we study the dynamics of an electron in two-dimensional systems (2D) under the effect of an external electric field. In both cases we investigate the time evolution of an initially localized wave packet, using a Taylor formalism to solve the set of Schrödinger equations. In the first case, we consider a square lattice with the hopping terms distributed aperiodically. The obtained results suggest that fast propagation of electrons (ballistic dynamics) is found for a range of values of the degree of aperiodicity ν of the system. By inserting the effect of a static electric field in the model, it is verified the existence of an oscillatory behavior similar to the electronic dynamics in crystalline systems, or that is, where they exhibit “ Bloch oscillations”. The frequency ω and the size LE of these oscillations are investigated and the results found are compared with the semi-classical approach, resulting in good agreement with default behavior. In the second case, we consider a square lattice with the hopping terms with correlated disorder. Our results indicated that the correlated disorder promotes a fast electronic propagation fast for intermediate times. When we insert an electric field, we also observe behavior similar to “Bloch oscillations”. The frequency obtained for this second case is also in good agreement with those predicted by the semi-classical approach. Despite the absence of extended states and based on the disorder inserted in the model, we discuss the stability of these apparent “Bloch oscillations”. We also investigated the quantum state transfer (QST) in a channel with diagonally uncorrelated disorder, connected to an sender (S) and a receiver (R). We use some measures of the degree of localization in order to evaluate the localization or non-localization properties of the proposed channel for QST. The results revealed that within a certain limit of weak disorder, the transfer of quantum states occurs with good fidelity.

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  • RAUL LIMA FERREIRA
  • Propriedades ópticas de sistemas orgânicos com características multifuncionais

  • Orientador : ITALO MARCOS NUNES DE OLIVEIRA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • MARIO ERNESTO GIROLDO VALERIO
  • LUCIMARA STOLZ ROMAN
  • ANDRE DE LIMA MOURA
  • CARLOS JACINTO DA SILVA
  • ITALO MARCOS NUNES DE OLIVEIRA
  • MARIA SOCORRO SEIXAS PEREIRA
  • Data: 21/03/2023

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  • O presente estudo é dedicado à investigação de materiais orgânicos fotoluminescentes que são sensíveis às condições do meio, visando seu uso em aplicações de sensoriamento e imagem. Quatro sistemas diferentes são investigados: um derivado de ditienilpirrol contendo o fuoreno como substituinte (SNSFCA), um ponto quântico de carbono obtido a partir de cloreto de dansila (CD-DsCl), um ponto quântico carbono sintetizado a partir de um corante azóico (CDMR) e um composto polimérico de álcool polivinílico (PVA) e um ponto quântico de carbono. Usando espectroscopia UV-vis transiente e estacionária, mostramos que o SNSFCA diluído em clorofórmio sofre fotopolimerização sob fotoexcitação, que é caracterizada por mudanças nos parâmetros físicos do mecanismo fotoluminescência. Com relação ao estudo de pontos quânticos de carbono derivados de cloreto de dansila, são analisados como as condições ambientais afetam a fotoluminescência do CD-DsCl, com ênfase nos efeitos de temperatura e pH. Nossos resultados revelam que CD-DsCl exibe uma fluorescência retardada termicamente ativada, que está associada a um cruzamento intersistema reverso devido à pequena lacuna de energia entre os estados excitados singleto e tripleto. A ocorrência de um cruzamento intersistema no CD-DsCl é explorado para analisar a geração de espécies reativas de oxigênio (ROS) de tais nanopartículas. Visando o uso de efluentes de corantes como precursores de carbono, também estudamos a síntese de pontos quânticos de carbono a partir do azocorante vermelho de metila (CDMR). Usando o método de síntese hidrotérmica, obtivemos pontos quânticos de carbono altamente dopados com nitrogênio, que apresentam emissão dependente do excitação e comportamento de supressão térmica da fluorescência. Usando microscopia confocal de fluorescência, analisa-se a possibilidade de usar CDMR na aplicação de bioimagem, considerando as células HeLa como a sonda biológica. Além disso, estudamos os efeitos da adição de CDMR nas propriedades ópticas de filmes de PVA. A partir de medições de Z-scan resolvidas no tempo, investigamos como a concentração de CDMR afeta o coeficiente termo-óptico e a difusividade dos filmes poliméricos. Os efeitos da matriz polimérica nsobre as propriedades de fluorescência do CDMR também são investigados.


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  • The present study is devoted to the investigation of photoluminescent organic materials which are sensitive to environment conditions, envisaging their use in sensing and imaging applications. Four different systems are investigated: a dithienylpyrrole derivative bearing a fluorene substituent (SNSFCA), a carbon quantum dot obtained from dansyl chloride (CD-DsCl), a carbon quantum dot synthetized from an azodye (CDMR), and a polymeric composite of polyvinyl alcohol (PVA) and a carbon dot. Using steady-state and transient UV-vis spectroscopy, we show that SNSFCA diluted in chloroform undegoes a photopolymerization under photoexcitation, which is characterized by changes in the physical parameters of photoluminescent mechanism. Concerning the study of carbon dots derived from dansyl chloride, it is analyzed how the environment conditions affect the photoluminescence of CD-DsCl, with emphasis on temperature and pH effects. Our results reveal that CD-DsCl exhibits a thermally-actived delayed fluorescence, which is associated with a reverse intersystem crossing due to the small energy gap between singlete and triplet excited states. The occurrence of an intersystem crossing in CD-DsCl is exploited to analyze the generation of reactive oxygen species (ROS) of such nanoparticles. Envisaging the use of dye effluents as carbon precursors, we also study the synthesis of carbon dots from the methyl red azodye (CDMR). Using a hydrothermal synthesis method, we have obtained highly nitrogen-doped carbon dots, which present excitation-dependent emission and thermal-quenching fluorescence behavior. Using flurescence confocal microscopy, the possibility of use CDMR in bioimaging application is analyzed, considering HeLa cells as the biological probe. Furthermore, we study the effects of CDMR addition on the optical properties of PVA films. From time-resolved Z-scan measurements, we investigate how the CDMR concentration affects the thermal-optic coefficient and thermal diffusivity of poymeric films. The effects of polymeric matrix on the fluorescence properties of CDMR are also investigated. 

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  • JAMERSON FONSECA DE SOUSA
  • GERAÇÃO DE LUZ VISÍVEL E ESTUDO DA TRANSFERÊNCIA DE ENERGIA EM VIDROS TeO2:ZnO DOPADOS E CO-DOPADOS COM Dy3+/Pr3+ E Eu3+/Ho3+

  • Orientador : ARTUR DA SILVA GOUVEIA NETO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • LUCIANO AVALLONE BUENO
  • ERNANDE BARBOSA DA COSTA
  • ARTUR DA SILVA GOUVEIA NETO
  • FRANCISCO DE ASSIS MARTINS GOMES REGO FILHO
  • MARIA TEREZA DE ARAUJO
  • Data: 24/03/2023

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  • Neste trabalho, realizamos o estudo espectroscópico do vidro à base dos óxidos de Telúrio e Zinco (xTeO2:yZnO) dopado e co-dopado com os íons Dy3+, Pr3+, Eu3+ e Ho3+ sob excitação na faixa do UV e azul. As análises desta investigação fundamentaram-se em medidas de absorção e excitação óptica, luminescência e luminescência resolvida no tempo e em parâmetros da eficiência de transferência de energia. Os resultados mostraram que sob excitação UV/azul, os sistemas co-dopados geram bandas de emissões bem definidas na região visível, e o comportamento da intensidade de emissão em função da concentração do co-dopante indicou a presença de mecanismos de transferência de energia Dy3+ → Pr3+, Pr3+ → Dy3+, Eu3+ → Ho3+ e Ho3+ → Eu3+, que posteriormente foram confirmados por medidas de tempo de vida. As análises das eficiências de transferência de energia indicaram que as transferências segundo os mecanismos Dy3+ → Pr3+ e Ho3+ → Eu3+ são mais eficientes e, portanto, têm uma maior probabilidade de ocorrer. Observou-se também que as emissões são sensíveis aos comprimentos de onda de excitação utilizados, e além disso, estas excitações são responsáveis por alterar a relação sensibilizador/aceitador no processo de transferência de energia, mostrando, portanto, que o perfil espectral das emissões é uma função não somente da concentração dos íons, mas também da excitação empregada e consequentemente da transferência de energia. Os resultados aqui apresentados podem impactar estudos que explorem as propriedades ópticas de dispositivos baseados na luz emitida pelos pares de íons Dy3+/ Pr3+ e Eu3+/ Ho3+


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  • In this work, we carried out a spectroscopic study of glass based on Tellurium and Zinc oxides (xTeO2:yZnO) doped and co-doped with Dy3+, Pr3+, Eu3+ and Ho3+ ions under UV and blue excitation. The analysis of this investigation were based on measurements of optical absorption and excitation, luminescence, time-resolved luminescence and energy transfer efficiency parameters. The results show that under UV/blue excitation the co-doped systems generate well-defined emission bands in the visible region, and the behavior of the emission intensity as a function of the co-dopant concentration indicated the presence of energy transfer mechanisms Dy3+ → Pr3+, Pr3+ → Dy3+, Eu3+ → Ho3+ e Ho3+ → Eu3+, which were later confirmed by lifetime measurements. The analysis of energy transfer efficiencies indicated that transfers according to Dy3+ → Pr3+ e Ho3+ → Eu3+ Dy3+ → Pr3+ and Ho3+ → Eu3+ mechanisms are more efficient and, therefore, are more likely to occur. It was also observed that the emissions are sensitive to the excitation wavelengths used, and furthermore, these excitations are responsible for altering the sensitizer/acceptor relationship in the energy transfer process, showing, therefore, that the spectral profile of the emissions is a function not only of the concentration of the ions, but also of the excitation used and consequently of the energy transfer. The results presented here may impact studies that explore the optical properties of devices based on the light emitted by Dy3+/ Pr3+ and Eu3+/ Ho3+ ion pairs

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  • JONATHAN ALVES REBOUÇAS
  • Séries divergentes, aproximantes de Padé e espalhamento da luz

  • Orientador : PAULO CESAR AGUIAR BRANDAO FILHO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • FELIPE ARRUDA DE ARAUJO PINHEIRO
  • DANILO GOMES PIRES
  • GUILHERME MARTINS ALVES DE ALMEIDA
  • PAULO CESAR AGUIAR BRANDAO FILHO
  • SOLANGE BESSA CAVALCANTI
  • Data: 31/03/2023

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  • O espalhamento de luz é um fenômeno físico muito importante quando o assunto é o estudo da interação radiação-matéria. Tal fenômeno pode ser abordado tanto para descobrir padrões de espalhamento de certos materiais, como a determinação da estrutura cristalina utilizando raios X, quanto para produzir materiais com características específicas de espalhamento que produzam aplicações úteis, como os metamateriais. Do ponto de vista mais formal da teoria, as diversas equações nem sempre oferecem soluções analíticas e são, na maioria dos casos, bem intratáveis. Portanto, é comum recorrer a métodos de aproximação quando buscamos resolver problemas de espalhamento. Dentre eles, destaca-se o método perturbativo, que consiste em assumir que o campo espalhado pode ser escrito como uma série de potências infinita. O problema é então substituído por vários outros menores, presumivelmente mais tratáveis, que permitem encontrar soluções aproximadas para uma série de casos de interesse físico. A série de Born é a mais comumente utilizada para representar o campo espalhado nesses problemas. Para espalhamentos em que a luz interage fracamente com o material (espalhamento fraco), o truncamento dessa série infinita no primeiro termo com potência não nula (primeira aproximação de Born) já representa uma boa aproximação da solução do problema. Todavia, para espalhamentos onde a luz interage fortemente com o material (espalhamento forte), observamos que a primeira aproximação de Born falha em descrever o resultado. Essa fragilidade da aproximação de Born ocorre tanto em materiais hermitianos quanto não-hermitianos, sendo, algumas vezes, mais acentuado nesses últimos. Segue daí a necessidade de buscarmos métodos aproximativos que forneçam bons resultados tanto para espalhamentos fracos quanto para espalhamentos fortes, bem como para qualquer tipo de material. Os aproximantes de Padé surgem como uma ferramenta promissora para esse fim, uma vez que usualmente geram regiões de convergência maiores quando comparadas com a respectiva série de Born. Neste trabalho, aplicamos os aproximantes de Padé para uma série de problemas de interesse físico. Para certas escolhas de parâmetros, a substituição da solução analítica pela série de Born tende a divergir. A partir da análise realizada verificamos que os aproximantes de Padé são uma ferramenta extremamente útil para descrever o espalhamento de luz tanto em regimes fracos quanto em regimes fortes, bem como em materiais não-hermitianos.


  • Mostrar Abstract
  • Light scattering is a very important physical phenomenon when it comes to the study of radiation-matter interaction. This phenomenon can be approached to discover scattering patterns of certain materials, such as determining crystal structures using X-rays, or to produce materials with specific scattering characteristics that result in useful applications, such as metamaterials. From a more formal theoretical perspective, the various equations do not always offer analytical solutions and are, in most cases, quite intractable. Therefore, it is common to resort to approximation methods when seeking to solve scattering problems. Among them, the perturbative methods stands out, which consists of assuming that the scattered field can be written as an infinite power series. The problem is then replaced by several smaller ones, presumably more manageable, which allow finding approximate solutions for a series of physically interesting cases. The Born series is the most commonly used to represent the scattered field in these problems. For scatterings in which light interacts weakly with the material (weak scattering), truncating this infinite series at the first non-zero power term (first Born approximation) already represents a good approximation of the problem solution. However, for scatterings where light interacts strongly with the material (strong scattering), we observe that the first Born approximation fails to describe the result. This fragility of the Born approximation occurs in both Hermitian and non-Hermitian materials, sometimes being more pronounced in the latter. Hence, the need to seek approximate methods that provide good results for both weak and strong scatterings, as well as for any type of material. Padé approximants emerge as a promising tool for this purpose since they usually generate larger convergence regions when compared to the respective Born series. In this work, we apply Padé approximants to a series of physically interesting problems. For certain parameter choices, replacing the analytical solution with the Born series tends to diverge. From the analysis performed, we verify that Padé approximants are an extremely useful tool for describing light scattering in both weak and strong regimes, as well as in non-Hermitian materials.

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  • LUAN FELIPE SANTOS MARTINS
  • Ordem Topológica e Transições de Fases Quânticas em Cadeias de Spins Interagentes.

  • Orientador : MARCELO LEITE LYRA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • MARCELO LEITE LYRA
  • MARIA SOCORRO SEIXAS PEREIRA
  • RODRIGO G. PEREIRA
  • RENE RODRIGUES MONTENEGRO FILHO
  • Adauto José Ferreira de Souza
  • Data: 11/04/2023

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  • Neste trabalho, investigamos ordens topológicas e transições de fases quânticas em modelos de spins interagentes distintos utilizando métodos numéricos. Introduzimos o método de escala tangencial de tamanho finito, onde demonstramos a sua validade na caracterização de transições de fases topológicas entre as fases de Haldane e Large-D em uma cadeia de Heisenberg anisotrópica de spin S = 1. Os nossos resultados foram validados por previsões teóricas do expoente crítico do comprimento de correlação ν obtidas de uma teoria de campos efetiva σ não linear. Em seguida, investigamos as fases quânticas e transições de fases topológicas para uma classe de modelos ferrimagnéticos tetrâmeros (S1 − S1 − S2 − S2) com interações de Heisenberg isotrópicas e alternadas. Investigamos primeiro o caso S1 = 1 2 e S2 = 5 2 onde obtivemos o diagrama de fases do modelo e investigamos as fases quânticas a partir de curvas de magnetização. Caracterizamos um ponto crítico do diagrama de fases utilizando o método de escala tangencial de tamanho finito, onde temos uma transição de fases topológica de expoente crítico ν = 2 3 . Em seguida, investigamos a universalidade de transições de fases topológicas para uma classe de cadeias ferrimagnéticas onde demonstramos que os pontos críticos a campo nulo que surgem nessa classe de modelos Têm um caráter universal e pertencem a classe de universalidade SU(2) Wess-Zumino-Witten com ν = 2 3 . Por fim, investigamos outra cadeia ferrimagnética tetrâmera com S1 = 1 e S2 = 3 2 , onde obtivemos um rico diagrama de fases do modelo apresentando sucessivas transições de fases topológicas a campo nulo. Investivamos essas transições novamente implementando o método de escala tangencial de tamanho finito, onde demonstramos que essas transições também são universais e pertencentes a classe SU(2) Wess-Zumino-Witten com ν = 2 3 . Por fim investigamos o papel de dissipação distintas no ordenamento topológico protegido por simetria dado pelo modelo de Affleck-Kennedy-Lieb-Tasaki em uma dimensão utilizando métodos de redes de tensores. Mostramos que para dissipações assimétricas em relação a simetria de reversão-temporal o ordenamento topológico não trivial é destruido com o aumento da intensidade de dissipação γ. Para o caso de dissipação simétrica, vimos que a fase topológica protegida por simetria do modelo é mantida, validadas por medidas do parâmetro de ordem string, pureza Γn e analisando o espectro de Schmidt. Vale de destacar que identificamos o padrão de degenerescência no espectro de Schmidt da matriz densidade do modelo no regime estacionário, tal qual é possível observar no espectro de emaranhamento no caso de fases topológicas não triviais para estados puros. Nossos resultados validam o argumento de que obtivemos uma fase topológica dissipativa protegida por simetria e que pode ser caracterizada por ferramentas também utilizadas para o caso de estados puros.


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  • In this work, we investigate topological orders and quantum phase transitions in distinct interacting spin models using numerical methods. We introduce the finite-size tangential scaling method, where we demonstrate its validation in the characterization of topological phase transitions between Haldane and Large-D phases in an anisotropic Heisenberg chain of spin S = 1. Our results were validated by theoretical theories of the critical exponent of the correlation length ν originated from a non-linear effective field theory σ. Next, we investigate the quantum phases and topological phase transitions for a class of tetramer ferrimagnetic models (S1 − S1 − S2 − S2) with isotropic and alternating Heisenberg interactions. We first investigate the case S1 = 1 2 and S2 = 5 2 where we obtain the phase diagram of the model and investigate the quantum phases from different magnetization curves. We characterize a critical point of the phase diagram using the finite-size tangential scaling method, where we have a topological phase transition of critical exponent ν = 2 3 . Next, we investigate the universality of topological phase transitions for a class of ferrimagnetic chains where we demonstrate that the zero-field critical points that arise in this class of models are universal and belong to the universality class SU(2) Wess-Zumino-Witten with ν = 2 3 . Finally, we investigated another tetramer ferrimagnetic chain with S1 = 1 and S2 = 3 2 , obtaining a rich phase diagram of the model showing successive transitions of topological phases at zero field. We investigate these transitions again implementing the finite size tangential scaling method, where we demonstrate that these transitions are also universal and belong to the SU(2) Wess-Zumino-Witten class with ν = 2 3 . Finally, we investigate the role of distinct dissipations in the symmetry-protected topological order given by the Affleck-Kennedy-Lieb-Tasaki model in one dimension using tensor network methods. We show that for asymmetric dissipations with respect to time-reversal symmetry the nontrivial topological ordering is destroyed with increasing dissipation intensity γ. For the case of symmetric dissipation, we saw that the model’s symmetry-protected topological phase is maintained, validated by measurements of the order parameter string, purity Γn, and analyzing the Schmidt spectrum. It is worth mentioning that we identified the degeneracy pattern in the Schmidt spectrum of the model’s density matrix in the steady state, as it is possible to observe in the entanglement spectrum in the case of non-trivial topological phases for pure states. Our results validate the argument that we obtained a dissipative symmetry-protected topological phase and that can be characterized by tools also used for the case of pure states.

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  • EVERTON BRITO DE LIMA
  • Aplicações do Método de Elementos Finitos na Obtenção da Força e Torque de Radiação Acústica em Partículas Anisotrópicas

  • Orientador : JOSE HENRIQUE ARAUJO LOPES DE ANDRADE
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ASKERY ALEXANDRE CANABARRO BARBOSA DA SILVA
  • EDIGUER ENRIQUE FRANCO
  • FREDERICO SALGUEIRO PASSOS
  • GLAUBER JOSE FERREIRA TOMAZ DA SILVA
  • JOSE HENRIQUE ARAUJO LOPES DE ANDRADE
  • JOSE PEREIRA LEAO NETO
  • Data: 13/04/2023

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  • Os campos acústicos médios de força torque de radiação acústica, decorrem da interação não linear de uma onda acústica harmônica no tempo com uma partícula. Esses fenômenos são amplamente utilizados em acustofluídica, na manipulação de micropartículas como células e microrganismos. Aqui destacamos as contribuições de modelos numéricos desenvolvidos através do método de elementos finitos utilizados, primeiramente, na validação de um modelo analítico da interação linear com partículas esferoidais de sub comprimento de onda, e posteriormente, na complementação de um modelo semi-analítico que descreve os campos acústicos médios em uma partícula axissimétrica qualquer. No primeiro trabalho, as expressões analíticas para a força e torque de radiação acústica em um esferóide rígido de subcomprimento de onda são obtidas na aproximação de dipolo do espalhamento, onde a força possui uma componente gradiente de uma componente de espalhamento, enquanto o torque é dado tem termos de uma contribuição devido ao momento e outra devido ao spin acústico. Comparamos os resultados numéricos e analíticos, utilizando um campo acústico composto por duas ondas planas crudas. No trabalho seguinte, foi proposto um método semi-analítico de notável eficiência na obtenção dos campos médios de força e torque de radiação acústicos exercidos em qualquer partícula axissimétrica de subcomprimento de onda, em um campo acústico ordinario. Contornando, tanto as limitações dos métodos analíticos, restringidos a problemas com simetria em relação a um dado sistema de coordenadas, quanto às limitações dos métodos puramente numéricos, que demandam muito tempo e poder computacional para simular o comportamento da partícula ao longo do campo acústico. Neste trabalho, Os campos acústicos médios são dados em função de coeficientes de espalhamento referentes aos modos de monopolo e dipolo, os quais são calculados numericamente em uma dada configuração simplista, e depois são utilizados para generalizar os resultados para qualquer campo incidente. Comparamos nosso método com um resultado exato para uma esfera rígida de subcomprimento de onda em água, bem como demonstramos o potencial da nossa metodologia, apresentando um exemplo de aplicação mais realista utilizando um glóbulo vermelho imerso no plasma sanguíneo sob a atuação de uma onda ultrassônica estacionária.


  • Mostrar Abstract
  • The mean acoustic fields of acoustic radiation torque force result from the non-linear interaction of a harmonic acoustic wave in time with a particle. These phenomena are widely used in acustofluidics, in the manipulation of microparticles such as cells and microorganisms. Here we will highlight the contributions of numerical models developed through the finite element method used, firstly, in the validation of an analytical model of the linear interaction with spheroidal particles of sub-wavelength, and later, in the complementation of a semi-analytical model that describes the field means-acoustics on any axisymmetric particle. In the first work, the analytical expressions for the force and torque of acoustic radiation on a sub-wavelength rigid spheroid are obtained in the scattering dipole approximation, where the force has a gradient component of a scattering component, while the torque is given has terms of a contribution due to momentum and another due to acoustic spin. We compared numerical and analytical results, using an acoustic field composed of two raw plane waves. In the following work, a semi-analytical method of remarkable efficiency was proposed in obtaining the means-acoustics radiation force and torque fields exerted on any subwavelength axisymmetric particle, in an ordinary acoustic field. Bypassing both the limitations of analytical methods, restricted to problems with symmetry in relation to a given coordinate system, and the limitations of purely numerical methods, which demand a lot of time and computational power to simulate the behavior of the particle along the acoustic field. In this work, the mean-acoustic fields are given as a function of scattering coefficients referring to the monopole and dipole modes, which are numerically calculated in a given simplistic configuration, and then are used to generalize the results to any incident field. We compare our method with an exact result for a rigid sphere of subwavelength in water, as well as demonstrate the potential of our methodology, presenting a more realistic example of application using a red blood cell immersed in blood plasma under the action of a stationary ultrasonic wave.
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  • GICLENIO CAVALCANTE DA SILVA
  • Fabricação de chips de acustofluídica com técnicas de impressão 3D

  • Orientador : GLAUBER JOSE FERREIRA TOMAZ DA SILVA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANTONIO ADILTON OLIVEIRA CARNEIRO
  • GLAUBER JOSE FERREIRA TOMAZ DA SILVA
  • JOSE HENRIQUE ARAUJO LOPES DE ANDRADE
  • RODRIGO PEREIRA BARRETTO DA COSTA FELIX
  • UESLEN ROCHA SILVA
  • Data: 29/05/2023

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  • A manipulação de partículas ou microestruturas sem contaminação, seja pelo meio ou por contato direto, desperta um interesse considerável para estudos de manipulação e enriquecimento de células em biotecnologia, desenvolvimento de novos fármacos e aplicações em diagnósticos. Nesse contexto, é necessário investigar técnicas que possibilitem esse processo de forma eficiente e confiável. Os chips acustofluídicos surgem como uma alternativa simples e funcional para alcançar esses objetivos, e nas últimas décadas, tem havido um crescimento significativo no desenvolvimento desses dispositivos lab-on-a-chip. Este trabalho aborda especificamente a fabricação de dispositivos acustofluídicos, que combinam técnicas de microfluídica com sistemas ultrassônicos para manipulação precisa de partículas ou microestruturas. São estudados as fenômenos físicos envolvidos nesse processo e como o comportamento desses fenômenos afeta as funcionalidades agregadas aos chips. Para isso, apresentamos o processo de fabricação, incluindo a etapa de projeto através de simulação analítica, modelagem 3D e fabricação por manufatura aditiva, utilizando uma impressora DLP com tecnologia de resina fotopolimerizável. O resultado é um dispositivo capaz de levitar e padronizar objetos ou células na escala microscópica, proporcionando uma plataforma versátil para diferentes aplicações. A fim de garantir o pleno funcionamento e aprimorar a eficiência do chip de achustofluídica, foi realizada uma avaliação minuciosa de seu desempenho. Conduzimos experimentos para caracterizar a frequência de ressonância do dispositivo fabricado, visando otimizar sua eficiência e capacidade de manipulação. Além disso, realizamos testes de estabilidade ao longo de períodos prolongados, inclusive vários dias, para observar o comportamento do protótipo em condições reais de operação. Analizamos experimentalmente a energia da microcavidade e a pressão da onda incidente, a fim de compreender melhor os fenômenos envolvidos e aprimorar o projeto do dispositivo. Adicionalmente, foram exploradas aplicações pioneiras para estudos de células por espectroscopia Raman, uma técnica analítica poderosa para análise molecular. O objetivo foi reduzir o tempo de análise, aumentar a praticidade e amplificar o sinal obtido, utilizando o chip como plataforma de suporte para esses estudos. Realizamos um estudo de macrófagos e avaliação de eritrócitos, obtendo seus espectros Raman e comparando-os com resultados da literatura, com o intuito de validar a eficácia e a precisão do dispositivo em aplicações biomédicas. Por fim, discutimos as amplas aplicações da tecnologia desenvolvida neste trabalho no contexto do diagnóstico por imunoaglutinação. Através dessa tecnologia inovadora, espera-se oferecer diversas vantagens em relação aos métodos atualmente utilizados, como maior sensibilidade, rapidez e facilidade de uso. Essas perspectivas têm o potencial de beneficiar significativamente a sociedade e os setores de saúde, proporcionando avanços no diagnóstico.


  • Mostrar Abstract
  • The manipulation of particles or microstructures without contamination, either due to the environment or direct contact is of great interest for studies focused on biotechnology and the development of new drugs and applications aimed at diagnosis. In this context, it is necessary to study techniques that make this process more effective. In recent decades there has been a movement in order to remedy this need. In the present work, we will explore techniques for manufacturing acoustofluidics devices, which combine microfluidics techniques coupled with ultrasonic systems, with this capability, as well as advantages and disadvantages. We will study the physical quantities involved in these devices, and how their behavior affects/implies the aggregated features. We will demonstrate the manufacture of these devices, with project development based on analytical simulation, 3D modeling and manufacturing via additive manufacturing, using a printer with DLP technology based on photopolymerizable resin. This device will be able to levitate and standardize objects or beings of the order of µm, we will evaluate its operation, in addition to indicating pioneering applications for the evaluation of microorganisms such as the causes of leishmaniasis and also Raman spectroscopy, reducing the analysis time, increasing practicality, and amplifying the captured signal through improvements in the focusing system used.

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  • ANA CAROLINA COSTA SOARES
  • Nanopartículas luminescentes para sensoriamentos na região do SWIR

  • Orientador : CARLOS JACINTO DA SILVA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDRE DE LIMA MOURA
  • CARLOS JACINTO DA SILVA
  • ERVING CLAYTON XIMENDES
  • NELSON GUILHERME CASTELLI ASTRATH
  • TASSO DE OLIVEIRA SALES
  • Data: 15/06/2023

  • Mostrar Resumo
  • As pesquisas sobre nanotermômetros luminescentes (NTLs) estão em constante
    crescimento devido à necessidade de leitura e do controle da temperatura de diversos
    processos fisiológicos que ocorrem, dentre outros, em sistema biológicos tais como
    tecidos, células e organismos vivos, possibilitando diagnóstico e tratamento de doenças.
    Nesse sentido, as nanopartículas (NPs) dopadas com terras raras têm se destacado por
    apresentar diversas vantagens como possuir uma ampla faixa espectral do ultravioleta ao
    infravermelho. Assim, elas possuem propriedades luminescentes dentro das três janelas
    biológicas (JBs), que são regiões onde a autofluorescência, dispersão e absorção de luz
    pelos tecidos biológicos são minimizados, permitindo menor influência do ambiente sob
    estudo. Nesta tese, exploramos emissões e excitações nas JBs, pois ambas são de extrema
    importância. O foco principal do nosso estudo foram as emissões/excitação no
    infravermelho de ondas curta (do inglês Short-wave infrared- SWIR), que opera
    basicamente de 0,7 a 2,5 μm, principalmente na faixa da JB-II (1,0 – 1,35 μm) e JB-III
    (1,5 – 1,9 μm). No entanto, em uma parte inicial de nosso trabalho, que tinha como foco
    os efeitos da engenharia de estrutura core-shell, exploramos as emissões na JB-I (0.65 –
    0,94 μm) sob excitação no mínimo da JB-I. Nessa parte demonstramos que a engenharia
    core-shell, a qual permite a separação espacial dos elementos emissores e, portanto, um
    controle dos processos de transferência de energia entre íons e íons para defeitos, tem um
    papel importantíssimo para manter a forma espectral das emissões das NPs na presença
    de material biológico. Apesar das aplicações promissoras dos NTLs, surgiram
    preocupações sobre sua confiabilidade devido às distorções espectrais induzidas por
    tecidos que estão presentes mesmo na JB-II que tem sido bastante explorada
    recentemente. Nós presentamos uma solução inovadora para este problema,
    demonstrando a eficácia de deslocar a faixa de operação destes NTLs para a JB-III.
    Através de evidências experimentais usando nanopartículas de CaF2 tri-dopadas com itérbio, érbio e túlio, demonstramos que os espectros de luminescência adquiridos na JB-III são minimamente distorcidos pela presença de tecido, abrindo caminho para uma termometria de luminescência confiável. Além disso, a análise avançada (Regressão Linear Múltipla) dos espectros de emissão permite obter incertezas térmicas de subgrau.

    Ciente da forte absorção da água na região espectral entre as JBs II e III (1,4 e 1,5 μm),
    exploramos NPs de LaF3 monodopadas com Tm3+ como um potencial sensor de umidade
    por meio do uso das emissões em 1230 (na JB-II) e 1470 nm. Os resultados mostraram
    uma redução maior que 97% da intensidade de emissão em 1470 nm com a presença de
    uma película de água de 2 mm, resultando em uma sensibilidade relativa entre 0,083 –
    0,125 %μm-1 para as menores películas de água, demonstrando ser um potencial sensor luminescente de umidade. Experimentos estão em andamento para um estudo comparativo com sensores de umidade comerciais e outros.


  • Mostrar Abstract
  • Research on luminescent nanothermometers (LNTs) is constantly growing due to the
    need to read and control the temperature of various physiological processes that occur,
    among others, in biological systems such as tissues, cells and living organisms, enabling
    the diagnosis and treatment of diseases. In this sense, nanoparticles (NPs) doped with rare
    earths ions have stood out for presenting several advantages such as having a wide
    spectral range from ultraviolet to infrared. Thus, they have luminescent properties within
    the three biological windows (BWs), which are regions where autofluorescence,
    dispersion and absorption of light by biological tissues are minimized, allowing less
    influence of the environment under study. In this thesis, we explore emissions and
    excitations within the BWs, as both are extremely important. The main focus of our study
    was the short-wave infrared (SWIR) emissions/excitation, which basically operates from
    0.7 to 2.5 μm, mainly within the BW-II (1, 0 - 1.35 μm) and BW-III (1.5 - 1.9 μm).
    However, in an early part of our work, which focused on the effects of core-shell structure
    engineering, we explored emissions at BW-I (0.65 – 0.94 μm) under excitation at the
    minimum of the BW-I. In this part we demonstrate that the core-shell engineering, which
    allows the spatial separation of the emitting elements and, therefore, a control of the
    energy transfer processes between ions and ions to defects, has a very important role to
    maintain the spectral form of the NPs emissions in the presence of biological material.
    Despite the promising applications of LNTs, concerns have arisen about their reliability
    due to tissue-induced spectral distortions that are present even in BW-II that have been
    heavily exploited recently. We present an innovative solution to this problem,
    demonstrating the effectiveness of shifting the operating range of these LNTs to BW-III.
    Through experimental evidence using CaF2 NPs tri-doped with ytterbium, erbium and
    thulium, we demonstrate that the luminescence spectra acquired in BW-III are minimally
    distorted by the presence of tissue, paving the way for reliable LNTs. In addition,
    advanced analysis (Multiple Linear Regression) of the emission spectra allows obtaining
    subdegree thermal uncertainties. Aware of the strong absorption of water in the spectral
    region between BWs II and III (1.4 and 1.5 μm), we explored single-doped LaF3 NPs
    with Tm3+ as a potential humidity sensor through the use of emissions at 1230 (in JB -II)
    and 1470 nm. The results showed a reduction greater than 97% in the emission intensity
    at 1470 nm with the presence of a 2 mm water film, resulting in a relative sensitivity
    between 0.083 – 0.125 %μm-1

    for the smallest water films, demonstrating to be a potential
    luminescent humidity sensor. Experiments are underway for a comparative study with
    commercial and other humidity sensors.

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  • JOSÉ ROBSON DA COSTA VENÂNCIO
  • Estudo DFT das propriedades eletrônicas, ópticas e vibracionais do cristal ortorrômbico de cloreto de dansila

  • Orientador : MARCELO LEITE LYRA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • MARCELO LEITE LYRA
  • NILTON FERREIRA FRAZÃO
  • RONIEL DE LIMA ARAUJO
  • Umberto Laino Fulco
  • VINICIUS MANZONI VIEIRA
  • WANDEARLEY DA SILVA DIAS
  • Data: 27/10/2023

  • Mostrar Resumo
  • Muitas pesquisas estão relacionadas ao uso de marcadores de compostos orgânicos pelo cloreto de dansila (DNS-Cl), que podem ser um meio flexível e sensível para detecção de fluorescência. Muito utilizado em áreas como farmacologia, toxicologia, síntese orgânica e bioquímica. Não há relatos sobre o estudo teórico da molécula DNS-Cl na forma cristalina. A estrutura cristalina do DNS-Cl foi calculada e analisadas as seguintes propriedades estruturais, eletrônicas, ópticas e os modos normais de vibração, os espectros infravermelho e Raman, bem como as propriedades termodinâmicas. É investigado por simulação usando cálculos de primeiro princípio em uma abordagem pseudopotencial dentro do formalismo da teoria do funcional da densidade (DFT). Consideramos a aproximação do gradiente generalizado com correção de dispersão (GGA + TS) e a aproximação da densidade local (LDA-CAPZ) implementada no código CASTEP. No cálculo da estrutura de bandas foi encontrado um gap direto de 1,83 eV para GGA + TS e um gap direto de 1,73 eV para LDA. As propriedades ópticas foram calculadas considerando a polarização ao longo da direção 100, 010, 001 e para uma amostra policristalina. Espectros infravermelho e Raman as propriedades termodinâmicas também foram obtidos e analisados. O cristal possui características de um material semicondutor comprovado pela estrutura de banda, se for sintetizado com grande potencial em aplicações de cristais orgânicos, ou colocado no branco de dados cristalográficos utilizado como referência para pesquisas futuras sobre a estrutura cristalina estudada.


  • Mostrar Abstract
  • Many researches are related to the use of organic compounds markers by dansyl chloride (DNS-Cl), which can be a flexible and sensitive means for fluorescence detection. Widely used in areas such as pharmacology, toxicology, organic synthesis and biochemistry. There are no reports on the theoretical study of the DNS-Cl molecule in crystalline form. The crystal structure of DNS-Cl was calculated and analyzed to the following structural properties, electronic, optical and normal modes of vibration, infrared and Raman spectra, as well as thermodynamic properties. It is investigated by simulation using first principle calculations in one approach pseudopotential within the formalism of density functional theory (DFT). We consider the generalized gradient approximation with dispersion correction (GGA + TS) and the local density approximation (LDA-CAPZ) implemented in the CASTEP code. In the calculation of the band structure, a direct gap of 1.83 eV for GGA + TS and a direct gap of 1.73 eV for LDA was found. Optical properties were calculated considering the polarization along the 100, 010, 001 direction and for a polycrystalline sample. Infrared spectra and Raman thermodynamic properties were also obtained and analyzed. The crystal has characteristics of a semiconductor material proven by the band structure, if synthesized with great potential in organic crystal applications, or placed in the crystallographic data blank used as a reference for future research on the studied crystal structure.

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.

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  • 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.

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  • 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.

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  • 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.  


  • Mostrar Abstract
  • 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.

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  • 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

  • Mostrar Resumo
  • 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.


  • Mostrar Abstract
  • 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.

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  • 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.


  • Mostrar Abstract
  • 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.

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  • JOSÉ GILSON DE MELO NASCIMENTO NETO
  • SOLUÇÕES EXATAS DA EQUAÇÃO DE HELMHOLTZ PARA CAMPOS DE SPECKLES NÃO RAYLEIGH NÃO DIFRATIVOS

  • Orientador : ALCENISIO JOSE DE JESUS SILVA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • PAULO HENRIQUE SOUTO RIBEIRO
  • ALCENISIO JOSE DE JESUS SILVA
  • ANDRE DE LIMA MOURA
  • Data: 29/07/2022

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  • Espalhamento de luz coerente por um meio desordenado, em geral, gera speckles exibindo estatísticas Rayleigh. A pesquisa sobre padrões de speckle foi desenvolvida ao longo dos anos. No caso especial de speckles não Rayleigh, basicamente seus padrões mantêm a estrutura espacial de um padrão granular aleatório, mas a distribuição de probabilidade da intensidade se desvia da estatística Rayleigh. Em nosso trabalho, propomos um método fácil e eficiente para gerar uma faixa contínua de valores de contraste correspondentes a speckles sub Rayleigh e super Rayleigh de campos exatos de speckles não difrativos não Rayleigh (ENRND). Os campos de speckle gerados são soluções exatas da equação escalar de Helmholtz. Usamos um algoritmo computacional para controlar a fase relativa das ondas planas de uma decomposição de ondas planas dos campos de speckle. Portanto, fomos capazes de gerar padrões de speckle mantendo características não difrativas e estatística não Rayleigh durante a propagação.


  • Mostrar Abstract
  • Coherent light scattering by a disordered media generally produces speckles displaying Rayleigh statistics. Research on speckle patterns has been developed over the years. In the special case of non-Rayleigh speckles, basically their patterns maintain a spatial random granular structure, but the intensity probability distribution deviates from the Rayleigh statistics. In our work, we propose an easy and efficient method to generate a continuous range of contrast values corresponding to sub-Rayleigh and super-Rayleigh. We name this speckle fields exact non-Rayleigh non-diffractive (ENRND). The generated Speckle fields are solutions of the Helmholtz scalar equation. We use a computer to control the relative phases of a plane wave decomposition of the speckle fields. Therefore, it was possible to generate patterns without losing the non-diffractive characteristics and keeping non-Rayleigh statistics during the propagation.

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  • DAIANE MARIA MEDEIROS DA SILVA
  • Efeito da concentração de Eu3+ e do tratamento térmico nas propriedades estruturais e ópticas de matrizes de titanato de sódio almejando termometria óptica

  • Orientador : CARLOS JACINTO DA SILVA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • CARLOS JACINTO DA SILVA
  • ANIELLE CHRISTINE ALMEIDA SILVA
  • WAGNER FERREIRA DA SILVA
  • NELSON GUILHERME CASTELLI ASTRATH
  • Data: 05/08/2022

  • Mostrar Resumo
  • A termometria luminescente continua sendo uma importante área de pesquisa devido à crescente demanda por sensores de temperatura cada vez menores, como no caso dos nanotermômetros, e que sejam cada vez mais eficientes, por exemplo, que possuam uma maior emissão e sensibilidade térmica relativa. Com base nisto, desenvolvemos neste trabalho a caracterização estrutural e luminescente de matrizes hospedeiras à base de óxido de titânio, mais especificamente, trititanato de sódio (Na2Ti3O7) e hexatitanato de sódio(Na2Ti6O13), dopadas com íons de Eu3+, para investigar seu potencial uso como termômetros luminescentes. Foram utilizadas quatro concentrações de Eu3+: 0,5; 1,0; 5,0 e 10,0 mol%. Além disto, as amostras foram submetidas a quatro diferentes temperaturas de tratamento térmico (TT): 250 °C, 500 °C, 650 °C e 800 °C. O objetivo foi investigar a influência da dopagem com Eu3+ e do TT nas propriedades estruturais e luminescentes dessas amostras. Como resultado, de modo geral, obtivemos que nas amostras não dopadas tivemos uma mistura de fases que não foram identificadas. Já nas amostras dopadas com Eu3+, foi obtido que a incorporação do Eu3+ favoreceu a formação da fase Na2Ti6O13. Também foi observado que o aumento da temperatura de TT fez com que elas passassem de uma configuração de fase amorfa, com a mistura das fases Na2Ti3O7 e Na2Ti6O13, para uma fase pura cristalina, correspondente a fase Na2Ti6O13na temperatura de TT de 800 °C. Em relação as propriedades luminescentes, foi obtido que, de forma geral, as amostras TT à 250 °C, 500 °C e 650 °C que apresentaram a maior luminescência foram aquelas dopadas com 10,0 mol% de Eu3+. Contudo, para a temperatura de TT de 800 °C a maior luminescência observada foi na amostra dopada com 5,0 mol% de Eu3+, cuja máxima sensibilidade térmica relativa obtida foi de aproximadamente 0,34 %C-1 em 25 °C, o que é um valor comparável a outros materiais luminescentes presentes na literatura. Assim, estas amostras se mostram como potenciais candidatos para termometria luminescente.


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  • Luminescent thermometry remains an important area of research due to the growing demand for increasingly smaller temperature sensors, such as nanothermometers, that are increasingly efficient, for example, with higher emission and relative thermal sensitivity. Based on this, we developed in this work the structural and luminescent characterization of host matrices based on titanium oxide, more specifically, sodium trititanate (Na2Ti3O7) and sodium hexatitanate (Na2Ti6O13), doped with Eu3+ ions, to investigate their potential use like luminescent thermometers. Four Eu3+concentrations were used: 0.5, 1.0, 5.0, and 10.0 mol%. Furthermore, the samples were submitted to four different heat treatment (HT) temperatures: 250 °C, 500 °C, 650 °C, and 800 °C. The objective was to investigate the influence of Eu3+doping and HT on the structural and luminescent properties of these samples. As a result, in general, we found that in the undoped samples we had a mixture of phases that were not identified. In the samples doped with Eu3+, it was found that the incorporation of Eu3+ favored the formation of the Na2Ti6O13 phase. It was also observed that increasing the HT temperature caused them to change from an amorphous phase configuration, with the mixture of the Na2Ti3O7 and Na2Ti6O13 phases, to a pure crystalline phase, corresponding to the Na2Ti6O13 phase at the HT temperature of 800 °C. Regarding the luminescent properties, it was found that, in general, the HT samples at 250 °C, 500 °C and 650 °C that presented the highest luminescence were those doped with 10.0 mol% of Eu3+. However, for the HT temperature of 800 °C, the highest luminescence observed was in the sample doped with 5.0 mol% of Eu3+, whose maximum relative thermal sensitivity obtained was approximately 0.34 %C-1 at 25 °C, the which is a value comparable to other luminescent materials present in the literature. Thus, these samples are potential candidates for luminescent thermometry.

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  • ALYSSON NOGUEIRA DE MAGALHAES
  • Análise de um Micromixer Passivo Rômbico de Colisões Desequilibradas Com Subcanais Deslocados

  • Orientador : MARCOS VINICIUS DIAS VERMELHO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • FABIANE CAXICO DE ABREU GALDINO
  • JOSE HENRIQUE ARAUJO LOPES DE ANDRADE
  • MARCOS VINICIUS DIAS VERMELHO
  • Data: 23/08/2022

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  • Neste trabalho, analisamos numericamente a capacidade de mistura de um novo tipo de
    micromixer passivo planar, que utiliza colisões desequilibradas promovidas por subcanais
    assimétricos com subcanais deslocados. As equações de Navier-Stokes, a equação de
    continuidade e a equação de difusão-convecção foram resolvidas utilizando o método dos
    elementos finitos. Dentre as condições de contorno utilizadas, sete escoamentos diferentes
    foram testados, variando o número de Reynolds de 5 a 100. A principal característica dos
    modelos propostos é a adoção de um deslocamento no mais largo dos subcanais
    assimétricos. Esses deslocamentos apresentam constrições que alteram o campo de
    velocidade, gerando linhas de fluxo mais velozes e vórtices secundários. Essas estruturas
    hidrodinâmicas são capazes de aumentar a área de contato entre dois fluidos, favorecendo
    sua mistura ao acelerar o processo de difusão. Três modelos de micromixers foram
    propostos, onde cada micromixer possui um deslocamento diferente seguindo uma regra de
    proporção. O índice de mistura, que é um parâmetro utilizado para medir a eficiência de
    micromixers, e a queda de pressão para cada caso foram calculados e analisados. As
    simulações mostraram que os deslocamentos geraram vórtices de recirculação e
    modificaram o choque desequilibrado nas zonas de recombinação dos micromixers,
    promovendo Advecção Caótica. Todos os três modelos propostos, e , obtiveram maiores
    eficiências que o modelo de referência em todos os com exceção de . Para números de
    Reynolds menores, médios e maiores, os micromixers , e apresentaram as maiores
    eficiências, respectivamente, com atingindo um de mistura de 85% em . Enquanto teve as
    menores quedas de pressão, obteve as maiores devido aos deslocamentos mais apertados.


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  • Microfluidics, Passive Micromixers, Unbalanced Colisions

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  • MATHEUS SOARES LIMEIRA
  • GERAÇÃO DE LUZ AZUL E VERMELHA EM MATRIZES VÍTREAS ZnTe CO-DOPADA COM Mn E Tm PARA APLICAÇÃO EM CULTIVO DE PLANTAS

  • Orientador : ARTUR DA SILVA GOUVEIA NETO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ARTUR DA SILVA GOUVEIA NETO
  • FRANCISCO DE ASSIS MARTINS GOMES REGO FILHO
  • CAMYLA MARTINS TRINDADE
  • Data: 12/09/2022

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  • Neste trabalho foi realizado um estudo experimental de luminescência em amostras vítreas dopadas com o terra-rara Túlio (Tm) e o metal de transição Manganês (Mn) com o objetivo de gerar luz na região do azul e vermelho do espectro luminoso, entre 400nm e 480nm e 620nm e 700nm, respectivamente, para aplicação em botânica, mais especificamente em cultivo de plantas. Amostras vítreas de telureto de zinco (ZnTe) foram dopadas e codopadas com Tm e Mn e sintetizadas pelo método de fusão. As amostras foram excitadas por um sistema laser+fibra operando em 1064nm com emissão Stokes e anti-Stokes geradas pela fibra de sílica+fosfato (SiO2-GeO2-:P2O5). Onze amostras de ZnTe dopadas com Tm e codopadas com diferentes concentrações de Mn foram produzidas e excitadas com 1200nm da geração Stokes. Como resultado da luminescência do material sintetizado, foi visto picos de alta intensidade em torno de 480nm (1G43H6), 650nm (1G43H4) e 800nm devido ao Tm, além da emissão de baixa intensidade do Mn em torno de 695nm (2E → 4A2). Foi visto ainda que com o crescimento da concentração de Mn há uma queda nas intensidades nos picos de luz proveniente das transições do Tm e o surgimento e crescimento de uma transição em 695nm devido a presença de Mn4+. Há transferência de energia entre Tm e Mn, mas deve ser estudado posteriormente através de outras formas de caracterização de materiais que não exploradas na pesquisa desenvolvida. Foi identificado que o material estudado possui grande potencial para aplicação fotônica, tomando como aplicação botânica, as emissões provenientes das amostras estudadas são benéficas para Beta-caroteno, Phytochrome (Pr), Phytochrome (Pfr) e Clorofila A.


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  • In this work, an experimental study of luminescence was carried out in glassy samples doped with rare earth Thulium (Tm) and transition metal Manganese (Mn) pursuing the generation of light in the blue and red region of the light spectrum, between 400nm and 480nm and 620nm and 700nm, respectively, for application in botany, more specifically in “in vivo” plant cultivation. Vitreous samples of zinc telluride (ZnTe) were doped and co-doped with Tm and Mn and synthesized by the melting method. The samples were excited by a laser+fiber system operating at 1064 nm with Stokes and anti-Stokes emission generated by the silica+phosphate fiber (SiO2-GeO2-:P2O5). Eleven samples of ZnTe doped with Tm and codoped with different concentrations of Mn were produced and excited with 1200 nm of the Stokes generation. As a result of the luminescence of the synthesized material, high intensity peaks were seen around 480nm (1G4 → 3H6), 650nm (1G4 → 3H4) and 800nm due to Tm, in addition to low intensity Mn emission around 695nm (2E → 4A2). It was also seen that with the increase in the concentration of Mn there is a decrease in the intensities of the light peaks coming from the Tm transitions and the emergence and growth of a transition at 695nm due to the presence of Mn4+. There is energy transfer between Tm and Mn, but it should be studied later through other techniques of material characterization that were not explored in the in the present study. It was identified that the material studied has great potential for photonic application, taking as a botanical application, the emissions from the studied samples are beneficial for Beta-carotene, Phytochrome (Pr), Phytochrome (Pfr) and Chlorophyll A.

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

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  • 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


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  • 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.

2
  • 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

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  • 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.


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  • 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.

3
  • 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

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  • 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.


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  • 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.

4
  • YSMAILYN SIQUEIRA COSTA
  • Análise dos efeitos de geometria e de transferência de cargas nas propriedades ópticas lineares e não-lineares de corantes orgânicos com alta hiperpolarizabilidade: Estudo sistemático  utilizando um campo eletrostático externo

  • Orientador : VINICIUS MANZONI VIEIRA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • FRANCISCO ANACLETO BARROS FIDELIS DE MOURA
  • ITALO MARCOS NUNES DE OLIVEIRA
  • JULIO COSME SANTOS DA SILVA
  • RODRIGO DO MONTE GESTER
  • VINICIUS MANZONI VIEIRA
  • Data: 18/11/2022

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  • O estudo sistemático de propriedades eletrônicas e ópticas lineares e não-lineares de molé culas de corantes orgânicos, tipo merocianinas, que apresentam propriedades solvatocrômicas e altas hiperpolarizabilidades, foi feito usando a Teoria do Funcional da Densidade (DFT). Foi utilizado um modelo teórico com um campo elétrico estático aplicado ao longo do eixo dipolar da molécula para a análise do comportamento estrutural e do efeito de transferência de cargas, em cooperação e também separadamente. A proposta desse modelo é relacionar os resultados teóricos com aqueles obtidos experimentalmente para o efeito da mudança de solvente nos sistemas considerados. Os resultados mostram que a resposta óptica não linear, mais especificamente a resposta de Espalhamento Hiper-Rayleigh (HRS) da merocianina de Brooker (MB), foi racionalizada em termos das mudanças estruturais e efeitos de polarização induzidos por campos elétricos externos aplicados. A mudança estrutural leva a grandes mudanças na resposta HRS, enquanto apenas pequenas variações foram observadas devido aos efeitos de polarização em a forma quinóide fixa. Considerando as contribuições estruturais e de polarização simultaneamente, a resposta HRS é dominado pelo comportamento cooperativo desses efeitos para intensidades de campo elétrico fracas e intermediárias. Ao mesmo tempo, a competição foi um fator crucial na região de fortes campos elétricos. Os resultados obtidos podem levar a um processo mais fácil compreensão para os próximos estudos considerando modelos mais realistas de solventes onde não é simples separar essas contribuições.


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  • The systematic study of organic dye molecules' linear and non-linear electronic and optical properties was performed using the Density Functional Theory (DFT). For this, we consider a merocyanine molecule with solvatochromic properties and high hyperpolarizabilities as a prototypal molecule. A theoretical model with a static electric field applied along the molecule's dipole axis was used to analyze the structural behavior and the effect of charge transfer in cooperation and separately. This model is purposed to relate the theoretical results with those obtained experimentally for the effect of the solvent change in the considered systems. The results show that the nonlinear optical response, specifically the Brooker merocyanine (MB) Hyper-Rayleigh Scattering (HRS) response, was rationalized in terms of the structural changes and polarization effects induced by applied external electric fields. The structural change leads to large changes in the HRS response, while only slight variations were observed due to polarization effects on the fixed quinoid shape. The HRS response is dominated by the cooperative behavior of these effects for weak and intermediate electric field intensities. At the same time, the competition was a crucial factor in the region of strong electric fields. The results obtained can lead to a more straightforward process for future studies considering more realistic models of solvents where it is not simple to separate these contributions.

5
  • SENDY MELISSA SANTOS DO NASCIMENTO
  • Síntese, caracterização e aplicações dos carbon dots auto-dopados com enxofre e nitrogênio

     
     
     
     
  • Orientador : EDUARDO JORGE DA SILVA FONSECA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • EDUARDO JORGE DA SILVA FONSECA
  • ANIELLE CHRISTINE ALMEIDA SILVA
  • CINTYA D'ANGELES DO ESPIRITO SANTO BARBOSA
  • DANIELA SANTOS ANUNCIACAO
  • MARIO ROBERTO MENEGHETTI
  • ARTUR FALQUETO SONSIN
  • Data: 20/12/2022

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  • A princípio considerado apenas impureza resultante da síntese de outro nanomaterial,
    os pontos quânticos de carbono vem ganhando cada vez mais espaço em diversas áreas ci-
    entíficas. Seja pelo seu tamanho diminuto, baixa citotoxicidade, propriedade luminescente,
    síntese fácil de baixo custo e solúvel em água, logo foi ganhando aplicações variadas.
    Sendo o mais jovem nanomaterial da família do carbono, ainda há muito o que compre-
    ender referente aos mecanismos, as propriedades e as possibilidades de aplicações. A
    propriedade mais importante dos pontos quânticos de carbono, e que acarretou em sua
    descoberta, é a fluorescência, e é a partir dela que as investigações são encaminhadas.
    Neste trabalho foi apresentado uma síntese de via única e simples, através do processo
    de síntese hidrotermal, usando como material percursor a cisteina, que resulta em pontos
    quânticos de carbono auto-dopados de oxigênio, nitrogênio e enxofre. Posteriormente, fo-
    ram caracterizados e avaliado a sensibilidade frente a diferentes pHs, apresentando uma
    sensibilidade eficiente entre os pHs 2 até 9, com possibilidade de aplicação em amostras
    reais, e promovendo um controle em suas propriedades luminescentes. Essa variação foi
    bem caracterizada, apresentando uma mudança não só na intensidade como no compri-
    mento de onda de emissão da luminescência. A partir de várias técnicas conseguimos
    compreender as causas desse efeito. Ainda foram feitos dispositivos de teste rápido para
    análise do pH da água e em testes forenses para marcação digital. Os pontos quânticos de
    carbono também foram utilizados como possível sonda de identificação das concentrações
    micelares críticas (CMCs) de monômeros anfifílicos (surfactantes).

     
     
     
     

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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

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  • 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.


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  • 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

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  • 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

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  • 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

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  • 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

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  • 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

  • Mostrar Resumo
  • 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. 


  • Mostrar Abstract
  • 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.

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  • 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


  • Mostrar Abstract
  • 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

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  • 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.

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  • FRANCISCO JOSE 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

  • Mostrar Resumo
  • 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.

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  • JOAO 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.


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  • 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

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  • 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.


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  • 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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  • DEBORA 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.


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  • 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.


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  • 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.


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  • 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

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  • 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.


  • Mostrar Abstract
  • 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.

3
  • 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.


  • Mostrar Abstract
  • 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.

4
  • CATHARINA BATISTA DE ARAUJO
  • 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

  • Mostrar Resumo
  • 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.

  • Mostrar Abstract
  • 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.

5
  • JOSE 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.


  • Mostrar Abstract
  • 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.

6
  • 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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