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Dissertações |
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GUTEMBERG DA SILVA CARDOSO
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Estudo paramétrico das propriedades mecânicas de lentes acústicas do tipo core-shell para geração de feixes superfocalizados
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Orientador : JOSE HENRIQUE ARAUJO LOPES DE ANDRADE
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MEMBROS DA BANCA :
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GLAUBER JOSE FERREIRA TOMAZ DA SILVA
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JOSE HENRIQUE ARAUJO LOPES DE ANDRADE
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JOSE PEREIRA LEAO NETO
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Theo Zeferino Pavan
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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
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Transmissão e reflexão de feixes eletromagnéticos por um material em camadas com simetria PT
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Orientador : PAULO CESAR AGUIAR BRANDAO FILHO
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MEMBROS DA BANCA :
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ALEX EMANUEL BARROS COSTA
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PAULO CESAR AGUIAR BRANDAO FILHO
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SOLANGE BESSA CAVALCANTI
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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
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Transferência de estados quânticos em cadeias com correlações na desordem
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Orientador : FRANCISCO ANACLETO BARROS FIDELIS DE MOURA
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MEMBROS DA BANCA :
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FRANCISCO ANACLETO BARROS FIDELIS DE MOURA
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GUILHERME MARTINS ALVES DE ALMEIDA
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Adauto José Ferreira de Souza
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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
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Estudo Teórico-Experimental das Propriedades Ópticas e Estruturais de Nanocristais de Dióxido de Titânio Puros e Dopados com Íons de Manganês
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Orientador : ANIELLE CHRISTINE ALMEIDA SILVA
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MEMBROS DA BANCA :
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RICARDO SOUZA DA SILVA
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ANIELLE CHRISTINE ALMEIDA SILVA
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MARCOS VINICIUS DIAS VERMELHO
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Data: 03/03/2022
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O dióxido de titânio (TiO2) é um semicondutor que apresenta absorção e emissão na região do ultravioleta, fotoestabilidade, propriedades catalíticas e osseointegradoras, podendo ter utilizado em diversas aplicações tecnológicas e médicas, tais como, catalisadores, dispositivos fotovoltaicos e agentes osseointegradores. A incorporação de íons de metais de transição (MT) em semicondutores gera propriedades magneto-ópticas que podem ser sintonizadas em função da concentração de dopante. Poucos trabalhos na literatura estudam as propriedades estruturais, morfológicas e ópticas de TiO2 dopado com MT. Portanto, a fim de entender como as propriedades físicas e químicas podem ser influenciadas em função da concentração de dopante, neste trabalho foram sintetizados e caracterizados nanocristais (NCs) de TiO2 dopado com concentrações crescentes de íons de manganês (Mn+2) pelo método de precipitação química. As propriedades estruturais foram investigadas utilizando Difração de Raios-X (DRX) e Espectroscopia Raman. As propriedades ópticas foram investigadas utilizando Espectroscopia de Absorção Óptica (AO) e aplicação do modelo da Teoria do Campo Cristalino (TCC). As propriedades morfológicas foram investigadas utilizando Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). Nos difratogramas de DRX e espectros Raman observou-se, respectivamente os padrões de difração de DRX e as bandas correspondentes aos modos vibracionais característicos de NCs de TiO2 na fase anatase, não sendo alterada com a concentração de dopagem. Nos espectros de AO observou-se a banda de absorção característica de NCs de TiO2 e quecom o aumento da dopagem ocorreu um deslocamento para o vermelho, sendo relaciona com à forte interação de troca sp-d, confirmando a incorporação de íons Mn2+ nos NCs de TiO2. Na aplicação da TCC e com o auxílio dos diagramas de Tanabe-Sugano evidenciou-se que íons de Mn2+ foram incorporados substitucionalmente aos de Ti4+ em sítios tetraédricos e octaédricos dos NCs de TiO2, a depender da concentração de dopagem. Portanto, com base nesses resultados confirmou-se o crescimento com sucesso de NCs de TiO2 puros e dopados com Mn2+ na fase anatase e que a depender da concentração é possível sintonizar o sítio em que os íons de Mn2+ se encontram, alterando fortemente as propriedades ópticas.
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Titaniumdioxide (TiO2) is a semiconductorthatpresentsabsorptionandemission in the ultravioletregion, photostability, catalyticandosseointegratingpropertiesthatallow its use in varioustechnologicaland medical applications, such as catalysts, photovoltaic devices andosseointegratingagents. The incorporationoftransition metal ions (MT) in semiconductorsgenerates magneto-opticalpropertiesthatcanbetuned as a functionof the dopantconcentration. Fewworks in the literaturestudy the structural, opticalandmorphologicalpropertiesof MT-doped TiO2. Therefore, in ordertounderstandhow the physicalandchemicalpropertiescanbeinfluenced as a functionof the dopantconcentration, in thisworkwesynthesizedandcharacterizednanocrystals (NCs) of TiO2dopedwithincreasingconcentrationsofmanganeseions (Mn+2) by the methodofchemicalprecipitation. Structuralpropertieswereinvestigatedusing X-Ray Diffraction (XRD) and Raman Spectroscopy. OpticalpropertieswereinvestigatedusingOpticalAbsorptionSpectroscopy (AO) andapplicationof the Crystal Field Theory (CCT) model. The morphologicalpropertieswereinvestigatedusingScanningElectronMicroscopy (SEM). In the XRD and Raman spectradiffractionpatterns, the XRD diffractionpatternsand the bands correspondingto the characteristicvibrationalmodesof TiO2NCs in the anatasephasewereobserved, respectively, notbeingalteredwith the doping concentration. In the AO spectra, the absorption band characteristicof TiO2NCswasobservedandthatwithincreasing doping therewas a red shift, whichisrelatedto the strongsp-d exchangeinteraction, confirming the incorporationof Mn2+ ions in the NCs. of TiO2. In the applicationof TCC andwith the aidofTanabe-Suganodiagrams, it wasshownthat Mn2+ionsweresubstituted for thoseof Ti4+ in tetrahedralandoctahedral sites of TiO2nanocrystals, dependingon the doping concentration. Therefore, basedontheseresults, the successfulgrowthofpureand Mn2+-doped TiO2NCs in the anatasephasewasconfirmedandthat, dependingon the concentration, it ispossibleto tune the site where the Mn2+ions are, stronglyaltering the opticalproperties.
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GRACA REGINA MATA DE ALMEIDA
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Correlações do tipo dímero aleatório em caminhadas quânticas em tempo discreto desordenadas
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Orientador : WANDEARLEY DA SILVA DIAS
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MEMBROS DA BANCA :
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BRUNO DE OLIVEIRA CHAGAS
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GUILHERME MARTINS ALVES DE ALMEIDA
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MARCELO LEITE LYRA
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WANDEARLEY DA SILVA DIAS
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Data: 09/03/2022
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As caminhadas quânticas têm sido investigadas devido a sua aplicabilidade na modelagem de computadores quânticos. Esses computadores utilizam qubits como unidades de informa ̧c ̃ao e podem ser melhores que os computadores atuais para certas tarefas, como por exemplo a simulação de sistemas físicos. Devido a sua escala e necessidade de precisão, ́e importante saber como a presença de ruídos nesses dispositivos interfere na velocidade de transporte da informação. Assim, investigamos caminhadas quânticas com a presença de desordem. Essa desordem pode ser invariante no tempo, mas variar no espaço, como também o contrário: uma desordem invariante no espaço mas que varia no tempo. No primeiro caso a literatura relata a ocorrência da localização de Anderson, enquanto que no segundo o regime da caminhada se torna difusivo. Investigamos numericamente esses dois casos com o acréscimo de uma correlação do tipo dímero aleatório. Os resultados obtidos mostram que a presença da correlação leva a caminhada a um regime superdifusivo em ambos os tipos de desordem.
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Quantum walks have been investigated due to their applicability in modeling quantum computers. These computers use qubits as units of information and may be better than current computers for certain tasks, such as simulating physical systems. Due to its scale and need for precision, it is important to know how the presence of noise in these devices interferes with the speed of information transport. Thus, we investigated quantum alks with the presence of disorder. This disorder can be invariant in time, but vary in space, as well as the opposite: a disorder invariant in space but which varies in time. In the first case, the literature reports the occurrence of Anderson localization, while in the second, the walking regime becomes diffuse. We numerically investigate these two cases with the addition of a random dimer type correlation. The results obtained show that the presence of the correlation leads the walk to a superdiffusive regime in both types of disorder.
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JENNIFER NATHIELI DA SILVA ROTANDARO DE OLIVEIRA
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INFLUÊNCIAS DO TIPO DE SONDA, SUBSTRATO E MEIO CIRCUNDANTE NAS CURVAS DE FORÇA DE ADESÕES POR AFM
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Orientador : SAMUEL TEIXEIRA DE SOUZA
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MEMBROS DA BANCA :
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ELAINE CRISTINA OLIVEIRA DA SILVA
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GEOVANA DRESCH WEBLER
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SAMUEL TEIXEIRA DE SOUZA
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Data: 10/03/2022
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Neste trabalho usamos as curvas de forças obtidas através do microscópio de força atômica (AFM) para estudar a influência das sondas, substratos e meios nas adesões ponta- substrato. Foram usadas as sondas HYDRA – 100NG, ACCESS – EFM e a ACT – SS, cujas pontas são de silício (Si) e Silício revestida com platina (Pt). Os experimentos foram realizados em três etapas. Na primeira etapa, realizamos experimentos fazendo a interação das sondas sobre um substrato de vidro em ar, e, através das curvas de forças obtidas foi observado que ocorreu uma maior adesão na interação das sondas HYDRA – 100NG e ACT –SS com pontas de si. Na segunda etapa, para cada sonda usada foram realizadas medidas da interação com dois substratos diferentes: o vidro e a mica, em ar. Para esse caso, as curvas de forças AFM mostraram que a adesão das sondas HYDRA – 100NG e ACT –SS sobre a mica diminuiu enquanto que a adesão sobre a mica da sonda com ponta revestida com Pt, ACCESS – EFM, aumentou. Na terceira etapa do experimento, para cada sonda e para cada substrato foram realizadas as medidas em ar e em líquido, e em todas as curvas obtidas foram observadas uma diminuição da força adesiva em relação às medidas feitas em ar. Esses resultados são importantes, pois muitos estudos usando o AFM necessitam saber como é o comportamento das forças de adesão nas interações ponta-substrato, como por exemplo, a funcionalização de pontas e substratos para a construção de nanobiosensores baseados em AFM. E, como perspectivas, levando em consideração os resultados obtidos, os próximos passos serão rumo à fabricação de um nanobiosensor baseado em AFM partindo da funcionalização de uma sonda HYDRA – 100NG e um substrato de mica, realizando medidas em meio liquido.
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In this work we use force curves obtained through the atomic force microscope (AFM) to study the influence of probes, substrates and media on tip-substrate adhesions. The probes HYDRA – 100NG, ACCESS – EFM and ACT – SS were used, whose tips are made of silicon (Si) and silicon coated with Platinum (Pt). The experiments were carried out in three stages. In the first step, we carried out experiments by interacting the probes on a glass substrate in air, and, through the force curves obtained, it was observed that there was a greater adhesion in the interaction of the HYDRA - 100NG and ACT -SS probes with Si tips. In the second step, for each probe used, measurements of the interaction with two different substrates were performed: glass and mica, in air. For this case, the AFM force curves showed that the adhesion of the HYDRA – 100NG and ACT –SS probes on the mica decreased while the adhesion on the mica of the probe with Pt coated tip, ACCESS – EFM, increased. In the third stage of the experiment, for each probe and for each substrate, measurements were carried out in air and in liquid, and in all the curves obtained, a decrease in the adhesive force was observed in relation to the measurements made in air. These results are important, since many studies using AFM need to know how the behavior of adhesion forces in tip-substrate interactions, such as the functionalization of tips and substrates for the construction of nanobiosensors based on AFM. And, as perspectives, taking into account the results obtained, the next steps will be towards the fabrication of a nanobiosensor based on AFM starting from the functionalization of a HYDRA - 100NG probe and a mica substrate, performing measurements in liquid medium.
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CLEIDE FERNANDA CAETANO
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Uso da espectroscopia Raman para análise em vitro de células da placenta infectadas por Zika vírus
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Orientador : SAMUEL TEIXEIRA DE SOUZA
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MEMBROS DA BANCA :
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SAMUEL TEIXEIRA DE SOUZA
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UESLEN ROCHA SILVA
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ARTUR FALQUETO SONSIN
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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.
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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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Teses |
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ANDERSON RAFAEL CORREIA BUARQUE DA SILVA
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PROPRIEDADES DE TRANSPORTE E EMARANHAMENTO EM CAMINHADAS QUÂNTICAS EM TEMPO DISCRETO
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Orientador : WANDEARLEY DA SILVA DIAS
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MEMBROS DA BANCA :
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MARCOS GOMES ELEUTERIO DA LUZ
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ERNESTO CARNEIRO PESSOA RAPOSO
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FRANCISCO ANACLETO BARROS FIDELIS DE MOURA
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MARCELO LEITE LYRA
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SOLANGE BESSA CAVALCANTI
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WANDEARLEY DA SILVA DIAS
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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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Mostrar Abstract
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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.
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PAULO RIBEIRO DA SILVA JUNIOR
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TRANSFERÊNCIA DE ESTADOS QUÂNTICOS EM CADEIAS COM DESORDEM DILUIDA
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Orientador : FRANCISCO ANACLETO BARROS FIDELIS DE MOURA
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MEMBROS DA BANCA :
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Adauto José Ferreira de Souza
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FRANCISCO ANACLETO BARROS FIDELIS DE MOURA
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GUILHERME MARTINS ALVES DE ALMEIDA
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SAMUEL SILVA DE ALBUQUERQUE
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WANDEARLEY DA SILVA DIAS
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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.
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RICARDO ANDRÉS MARTÍNEZ VON DOSSOW
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Aspectos quânticos da Eletrodinâmica Quântica com operadores de dimensão d=5
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Orientador : TIAGO HOMERO MARIZ DO NASCIMENTO
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MEMBROS DA BANCA :
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ALBERT PETROV
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ALESANDRO FERREIRA DOS SANTOS
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JOB SARAIVA FURTADO NETO
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PAULO CESAR AGUIAR BRANDAO FILHO
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TIAGO HOMERO MARIZ DO NASCIMENTO
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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.
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