Orientador: Amir Ordacgi Caldeira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-27T16:19:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Trevisan_ThaisVicta_M.pdf: 4124547 bytes, checksum: 599b58df77b4451dd1db391d5d3f78fd (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Na presença de um campo magnetico externo, um anel, com resistencia eletrica nao nula, sustenta uma corrente eletrica sem dissipacao, desde que ele seja sufientemente pequeno (com um diametro da ordem de micrometros ou nanometros), altamente puro e mantido a baixisimas temperaturas. Trata-se de um fenomeno quantico, devido a coerencia entre os eletrons do sistema. Uma corrente desse tipo tambem esta presente em moleculas aromaticas: um loop de corrente se estabelece no anel aromatico e e o responsavel pela anisotropia da susceptibilidade magnetica dessas moleculas. Atualmente, esses aneis de corrente sao utilizados como um criterio para aromaticidade. Assim sendo, o transporte de corrente eletrica em sistemas meso e microscopicos e um assunto de grande interesse tanto para a Fisica, quanto para a Quimica. Nessa Dissertacao de Mestrado, estudamos o transporte de corrente eletrica em aneis discretos, unidimensionais, de 3 [<ou =] N [<ou=] 6 sitios e Ne [<ou=] 2N eletrons. Esses aneis podem ser vistos como moleculas bastante simplificadas, de modo que o sistema de seis sitios com seis eletrons corresponde a um prototipo da molecula de benzeno. Propomos um modelo microscopico com a finalidade de obter um estado fundamental transportador de corrente nesses aneis. O nosso modelo consiste de uma extensao do Hamiltoniano de Hubbard, com um termo extra de interacao inter-eletronica, postulado de maneira ad hoc. Os resultados obtidos a partir do nosso modelo, bem como uma possivel origem e interpretacao para o termo extra de interacao sao apresentados ao longo desse trabalho / Abstract: In the presence of an external magnetic feld, a ring, with finite electrical resistance, supports a dissipationless electric current, provided that the ring is small enough (its diameter must be of the order of some micrometer or nanometer), clean and cooled down to very low temperatures. It is a quantum phenomena, due to the high electronic phase coherence in this system. A current like this can also be seen in aromatic molecules: a loop of current is established in the aromatic ring and it is the responsible for the high anisotropic magnetic susceptibility of these molecules. Nowadays, these ring currents are used as a criteria for aromaticity. Therefore, the electrical transport properties in mesoscopic and microscopic systems is a subject of great interest both in Physics and Chemistry. In this thesis, we study the electrical transport in some discrete and unidimensional rings with 3 [<or=] N [<or=] 6 sites and Ne [<or=] 2N electrons. These rings can be seen as simplified molecules and the ring with six sites and six electrons is our prototype for the benzene molecule. We propose a microscopic model for obtaining a current-carrying ground state in these rings. Our model consists of a extension of the Hubbard Hamiltonian, with an ad hoc extra term for the interaction between the electrons of the system. The results obtained from our model as well as a possible origin and interpretation of the extra interaction term are presented throughout this work / Mestrado / Física / Mestra em Física

Modelos matemáticos de motoneurônios têm sido desenvolvidos para auxiliar na compreensão dos fenômenos que envolvem o sistema neuromuscular. Entretanto, a maioria dos modelos já desenvolvidos baseou-se na premissa de que a árvore dendrítica tem um comportamento passivo, o que ocorre em animais anestesiados, mas pode não ocorrer durante o comportamento motor normal de um animal intacto. Experimentos com animais descerebrados, em que as vias monoaminérgicas encontravam-se ativas, mostraram que os motoneurônios podem apresentar comportamentos mais complexos decorrentes da presença de condutâncias iônicas voltagem-dependentes que se situam nos dendritos e são responsáveis pela gênese de uma corrente de entrada persistente. Nesse sentido, um primeiro objetivo deste trabalho foi o de desenvolver novos modelos matemáticos de motoneurônios de diferentes tipos (i.e. dos tipos S, FR e FF), computacionalmente eficientes e contendo em seus compartimentos dendríticos uma condutância de cálcio do tipo L, de forma que os fenômenos de biestabilidade, potencial platô e amplificação da corrente sináptica efetiva possam ser gerados. Um segundo objetivo foi o de verificar como a presença da condutância iônica ativa no dendrito influencia o comportamento motoneuronal quando o mesmo está sujeito a entradas sinápticas de diferentes tipos. Os novos modelos foram parametrizados baseando-se em dados da literatura experimental para motoneurônios de gatos descerebrados e validados segundo os protocolos experimentais básicos que permitem caracterizar cada tipo de modelo como sendo totalmente ou parcialmente biestável. As entradas sinápticas foram simuladas por processos pontuais de Poisson e os trens de potenciais de ação dos motoneurônios foram analisados. Uma modulação senoidal da intensidade do processo pontual foi usada para estimar as respostas em frequência de cada modelo. Observou-se que, funcionalmente, a presença da condutância iônica dendrítica pode favorecer a ação do motoneurônio durante tarefas posturais, pois, uma vez ativada, a corrente de entrada persistente eleva a excitabilidade motoneuronal tornando os disparos mais regulares, além de prover uma alta sensibilidade dos modelos a entradas sinápticas de baixa frequência, correspondentes às oscilações observadas durante a manutenção da postura ereta quieta. / Mathematical models of motoneurons have been developed as an aid to the understanding of phenomena involving the neuromuscular system, but most of these models have been based on the hypothesis of a passive dendritic tree. This holds for anesthetized animals but not necessarily during normal motor behavior of the intact animal. Experiments with decerebrate animals in which the monoaminergic tracts were maintained intact have shown that more complex behaviors may emerge in motoneurons due to dendritic voltage-gated ionic conductances, which are responsible for a persistent inward current. Therefore, the first aim of this work was to develop computationally-efficient new motoneuron models of different types (i.e. type S, FR and FF) that include a dendritic L-type calcium conductance so that bistability, plateau potential and enhancement of effective synaptic current may be generated. The second aim of this research was to evaluate the effects of the active dendritic ionic conductance on the input-output mapping of presynaptic to postsynaptic spike trains. The new models were parameterized based on data reported in experimental literature on the decerebrate cat preparation, and they were validated using appropriate protocols for either fully or partially bistable dynamics. The synaptic inputs were simulated by Poisson point processes and the output spike trains were analyzed. Sinusoidal modulation of the point process intensity was used for the estimation of each models frequency response. The results suggested that an active dendritic ionic conductance in motoneurons has a functional role during postural tasks, because, when activated, the persistent inward current enhances the motoneuronal excitability, reducing the variability of interspike intervals, and focusing the sensitivity of the models to low frequency inputs that correspond to the low-frequency oscillations that typically occur during quiet standing posture.

Modelos matemáticos de motoneurônios têm sido desenvolvidos para auxiliar na compreensão dos fenômenos que envolvem o sistema neuromuscular. Entretanto, a maioria dos modelos já desenvolvidos baseou-se na premissa de que a árvore dendrítica tem um comportamento passivo, o que ocorre em animais anestesiados, mas pode não ocorrer durante o comportamento motor normal de um animal intacto. Experimentos com animais descerebrados, em que as vias monoaminérgicas encontravam-se ativas, mostraram que os motoneurônios podem apresentar comportamentos mais complexos decorrentes da presença de condutâncias iônicas voltagem-dependentes que se situam nos dendritos e são responsáveis pela gênese de uma corrente de entrada persistente. Nesse sentido, um primeiro objetivo deste trabalho foi o de desenvolver novos modelos matemáticos de motoneurônios de diferentes tipos (i.e. dos tipos S, FR e FF), computacionalmente eficientes e contendo em seus compartimentos dendríticos uma condutância de cálcio do tipo L, de forma que os fenômenos de biestabilidade, potencial platô e amplificação da corrente sináptica efetiva possam ser gerados. Um segundo objetivo foi o de verificar como a presença da condutância iônica ativa no dendrito influencia o comportamento motoneuronal quando o mesmo está sujeito a entradas sinápticas de diferentes tipos. Os novos modelos foram parametrizados baseando-se em dados da literatura experimental para motoneurônios de gatos descerebrados e validados segundo os protocolos experimentais básicos que permitem caracterizar cada tipo de modelo como sendo totalmente ou parcialmente biestável. As entradas sinápticas foram simuladas por processos pontuais de Poisson e os trens de potenciais de ação dos motoneurônios foram analisados. Uma modulação senoidal da intensidade do processo pontual foi usada para estimar as respostas em frequência de cada modelo. Observou-se que, funcionalmente, a presença da condutância iônica dendrítica pode favorecer a ação do motoneurônio durante tarefas posturais, pois, uma vez ativada, a corrente de entrada persistente eleva a excitabilidade motoneuronal tornando os disparos mais regulares, além de prover uma alta sensibilidade dos modelos a entradas sinápticas de baixa frequência, correspondentes às oscilações observadas durante a manutenção da postura ereta quieta. / Mathematical models of motoneurons have been developed as an aid to the understanding of phenomena involving the neuromuscular system, but most of these models have been based on the hypothesis of a passive dendritic tree. This holds for anesthetized animals but not necessarily during normal motor behavior of the intact animal. Experiments with decerebrate animals in which the monoaminergic tracts were maintained intact have shown that more complex behaviors may emerge in motoneurons due to dendritic voltage-gated ionic conductances, which are responsible for a persistent inward current. Therefore, the first aim of this work was to develop computationally-efficient new motoneuron models of different types (i.e. type S, FR and FF) that include a dendritic L-type calcium conductance so that bistability, plateau potential and enhancement of effective synaptic current may be generated. The second aim of this research was to evaluate the effects of the active dendritic ionic conductance on the input-output mapping of presynaptic to postsynaptic spike trains. The new models were parameterized based on data reported in experimental literature on the decerebrate cat preparation, and they were validated using appropriate protocols for either fully or partially bistable dynamics. The synaptic inputs were simulated by Poisson point processes and the output spike trains were analyzed. Sinusoidal modulation of the point process intensity was used for the estimation of each models frequency response. The results suggested that an active dendritic ionic conductance in motoneurons has a functional role during postural tasks, because, when activated, the persistent inward current enhances the motoneuronal excitability, reducing the variability of interspike intervals, and focusing the sensitivity of the models to low frequency inputs that correspond to the low-frequency oscillations that typically occur during quiet standing posture.

Submitted by Vasti Diniz (vastijpa@hotmail.com) on 2017-09-19T14:26:49Z No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 24337857 bytes, checksum: 4dcf09dcc5c804cc2b7b0de0feb30331 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-19T14:26:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 24337857 bytes, checksum: 4dcf09dcc5c804cc2b7b0de0feb30331 (MD5) Previous issue date: 2013-03-25 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The Graphene is a two-dimensional(2-D) semiconductor crystal with null gap, where charge carriers behave as massless particles. In this speci c dynamics in the limit of low energies, the energy dispersion relation is linear, and this material can be described by massless Dirac equation contrasts with the semiconductors, for which the charge carriers are massive. In this framework, there is the problem of the electronic con nement in graphene because of tunneling. For overcome this di culty, is proposed a new model of quantum ring, based on Dirac oscillator and models of rings Tan-Inkson and Bakke- Furtado. From this new coupling, are obtainable the energy spectrum, persistent currents and positive spinors to a graphene sheet with / without topological defect type disclination by massless Dirac equation (2+1). / O grafeno e um cristal bidimensional(2-D) semicondutor com gap nulo, onde os portadores de cargas se comportam como part culas sem massa. Nesta din^amica espec ca, no limite de baixas energias, a rela c~ao de dispers~ao de energia e linear, sendo que este material pode ser descrito pela equa c~ao de Dirac sem massa contrastando com os semicondutores, cujos portadores de cargas t^em massa. Neste quadro, h a o problema do con namento eletr^onico no grafeno devido ao tunelamento. Para contornar esta di culdade, e proposto um novo modelo de anel qu^antico, baseado no oscilador de Dirac e nos modelos de an eis de Tan-Inkson e Bakke-Furtado. A partir desse novo acoplamento, s~ao obtidos o espectro de energia, as correntes persistentes e os espinores positivos para uma folha de grafeno com/sem defeito topol ogico do tipo desclina c~ao, via equa c~ao de Dirac (2+1) sem massa

Made available in DSpace on 2015-05-14T12:13:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 798447 bytes, checksum: d94f874d062caea280c4ce462ab3837a (MD5) Previous issue date: 2011-12-22 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / In this work, we explore the link between geometry and physical properties in 2D quantum rings. With focus on the non-orientable mesoscopic structures, we solve the quantum Möbius strip problem, a quantum ring whose lockdown surface is a Möbius strip, and investigate how the physical properties of those structures answer to the geometric variation of this particular configuration. More precisely, we investigate how the adoption of boundary conditions associated to this specific geometric configuration, in particular, can change the general properties of the 2D quantum rings. In addition, we still study the generalized version of the problem, where the Möbius strip has a finite number n of torsions. / Neste trabalho, exploramos o elo entre geometria e propriedades físicas no caso de anéis quânticos bidimensionais. Com o foco nas estruturas mesoscópicas não-orientáveis, resolvemos o problema da faixa de Möbius quântica, um anel quântico cuja superfície de confinamento é uma faixa de Möbius, e investigamos de que maneira as propriedades físicas de tais estruturas respondem à variação geométrica característica dessa particular configuração de confinamento. Mais precisamente, investigamos o modo pelo qual a adoção de condições de contorno associadas a essa configuração geométrica específica, em particular, pode interferir nas propriedades gerais dos anéis quânticos bidimensionais. Além disso, ainda estudamos a versão generalizada do problema, em que a faixa de Möbius apresenta um número finito n de torções.