In this thesis, we study persistent currents and quantum critical phenomena in the systems of mesoscopic physics. As an introduction in Chapter 1 we familiarize the reader with the area of mesoscopic physics. We explain how mesoscopic systems are different from quantum systems of single atoms and molecules and bulk systems with an Avogadro number of elements. We also describe some important mesoscopic phenomena. One of the mathematical tools that we extensively use in our studies is Random Matrix Theorty. This theory is not a part of standard physics courses and for educational purposes we provide the basics of Random Matrix Theory in Chapter 2. In Chapter 3 we study the persistent current of noninteracting electrons in quantum billiards. We consider simply connected chaotic Robnik-Berry quantum billiard and its annular analog. The electrons move in the presence of a point-like magnetic flux at the center of the billiard. For the simply connected billiard, we find a large diamagnetic contribution to the persistent current at small flux, which is independent of the flux and is proportional to the number of electrons (or equivalently the density since we keep the area fixed). The size of this diamagnetic contribution is much larger than the previously studied mesoscopic fluctuations in the persistent current in the simply connected billiard. This behavior of persistent current can ultimately be traced to the response of the angular-momentum l = 0 levels (neglected in semiclassical expansions) on the unit disk to a point-like flux at its center. We observe the same behavior for the annular billiard when the inner radius is much smaller than the outer one. We also find that the usual fluctuating persistent current and Anderson-like localization due to boundary scattering are seen when the annulus tends to a one-dimensional ring. We explore the conditions for the observability of this phenomenon. In Chapter 4 we study quantum critical phenomena in a system of two coupled quantum dots connected by a hopping bridge. Both the dots and connecting region are assumed to be in universal Random Matrix crossover regimes between Gaussian orthogonal and unitary ensembles (defined in Chapter 2). We exploit a diagrammatic approach appropriate for energy separations much larger than the level spacing, to obtain the ensemble-averaged one- and two-particle Greens functions. We find that two main components of the twoparticle Green’s function (diffuson and Cooperon) can be described by separate scaling functions. We then use this information to investigate a model interacting system in which one dot has an attractive s-wave reduced Bardeen-Cooper-Schrieffer interaction, while the other is noninteracting but subject to an orbital magnetic field. We find that the critical temperature TC of the mean-field transition into the superconducting state in the first dot is non-monotonic in the flux through the second dot in a certain regime of interdot coupling. Likewise, the fluctuation magnetization above the critical temperature is also non-monotonic in this regime, can be either diamagnetic or paramagnetic, and can be deduced from the Cooperon scaling function. We end this thesis with conclusion in Chapter 5.

This study examines conceptions of criticality and its instruction in the History learning environ- ment in Sweden, Russia, and Australia as evidenced in one sample upper secondary class in each country. To achieve this, data were collected at macro, micro and meso levels. At the macro level, elements of curriculum theory were used to analyse the policy framework provided to develop students’ criticality in the upper secondary History classroom and to identify the conceptions of criticality as manifested in the policy documents. At the micro level, a content-based, thematic analysis was used to examine how the teachers and student focus groups conceptualise criticality and the ways of its teaching and learning. At the meso level, the conceptions of criticality and its instruction modes identified in the policy documents and interviews were used to analyse the class- room data collected in the selected classes. The combined findings from the three levels of analysis provide a transnational account of criticality and its instruction. They suggest that criticality is conceptualised as a generic skill of questioning at the overarching curriculum level, whereas it is reconceptualised as a discipline- specific skill at the subject level. Discipline-specific conceptions include criticality as source criti- cism, as meaning making from historical evidence, as questioning historical narratives, and as educating for citizenship. The findings indicate that the visionary criticality objectives of the curricula might be obstructed at other policy levels and by the interviewees’ conceptions of criticality as well as the classroom practicalities. Based on the transnational findings, it is proposed that harmonisation between the curriculum contents and time allocation might contribute to the promotion of narrative diversity. As argued in the study, narrative diversity is a prerequisite for criticality as questioning historical narratives. To nurture this form of criticality, the policy makers might consider a shift of attention towards the lower stages of schooling that could equip upper secondary students with necessary background knowledge. Further, harmonisation between the teaching objectives and learning outcomes of basic History courses might help avoid excluding certain groups of students from receiving criticality instruction on unclear grounds. This might ensure the equity of education with regard to criticality instruction for all upper secondary students, as required in the national curricula in Sweden, Russia and Australia. / Bakgrund Att kunna vara kritisk är ett förväntat studieresultat i ämnet historia på gymnasienivå i Sverige, Ryssland och Australien. Genom att lära sig om sitt lands och världens historia i klassrummet skapar elever en nationell identitet. På historielektioner förväntas elever vara kritiska men vad det innebär kan skilja sig åt i olika utbildningskontexter. Denna avhandling syftar därför till att undersöka hur undervisning i att vara kritisk sker på historielektioner i tre gymnasieklasser: en klass i norra Sverige, en i nordvästra Ryssland och en i sydöstra Australien. Mina språkkunskaper och kontakter i länderna har möjliggjort insamling av data som annars sällan jämförs. Metoder Undersökningen är en småskalig primärstudie med fokus på enskilda aspekter inom utbildningssystemet (Ember & Ember, 2001). Den har genomförts inom de ramar för komparativa utbildningsvetenskapliga studier som föreslagits av Phillips (2006). Med utgångspunkt i den anpassade ontologiska modellen av lärmiljön (Bhaskar, 1978; Brown, 2008) och de läroplansteoretiska begreppen formuleringsarenan och realiseringsarenan (Lindensjö & Lundgren, 2014) har jag samlat in data från makro-, mikrooch mesonivå i varje land. På makronivå analyseras de nationella styrdokument som reglerar historieundervisningen på gymnasiet i Sverige, Ryssland och Australien – den avsedda läroplanen. Eftersom gymnasieutbildningen i Australien främst styrs av delstaterna analyseras även styrdokumenten för den aktuella delstaten Victoria. Dessutom tas hänsyn till en rad andra utbildningspolitiska dokument med relevans för studien, såsom kommentarer till läroplaner och kursplaner från de undersökta länderna. Analysen syftar till att identifiera skrivningar som explicit refererar till kritiska perspektiv och tolka statusen av dessa skrivningar i ett utbildningspolitiskt sammanhang. Vidare identifierar jag några ramfaktorer för historieundervisningen i allmänhet, och för undervisning i att vara kritisk i synnerhet. På mikronivå genomförde jag semi-strukturerade intervjuer med lärare och deras elever i varje utbildningskontext. Intervjuguiden testades i en pilotundersökning med lärare och en fokusgrupp med elever som läste ett högskoleförberedande program i norra Sverige. I huvudstudien intervjuade jag tre lärare, en från varje land, och 16 av deras elever. Fyra elevintervjuer genomfördes, där tre elevintervjuer skedde i fokusgrupp och en individuellt. Samtliga intervjuer spelades in och transkriberades, och utvalda delar översattes till engelska. Alla deltagande skolor har gott rykte och ligger i medelstora städer i respektive land. Lärarna i studien är behöriga i historia och har mer än 20 års undervisningserfarenhet. Eleverna var vid studiens genomförande i snitt 17 år gamla. De svenska eleverna gick ett yrkesprogram och läste den obligatoriska kursen Historia 1a1. Eleverna i Ryssland och i Australien gick de program som ger allmän behörighet till studier på högskolenivå. De ryska eleverna läste en obligatorisk historiekurs på basnivå, medan de australiensiska eleverna läste en valbar kurs i Australiens historia. Insamlad intervjudata analyserades innehållsligt. Analysen syftar till att urskilja lärares och elevers uppfattningar om vad det innebär att vara kritisk samt deras erfarenheter och upplevelser av undervisningen i att vara kritisk, något som kan sägas ingå i den erfarna och upplevda läroplanen. På mesonivå observerades 17 historielektioner. Under observationen använde jag två till fyra inspelningsapparater beroende på undervisningsmoment. Inspelningarna kompletterades med fältanteckningar enligt en observationsmall (se Appendix 20). Därefter transkriberades den största delen av inspelningarna och utvalda delar översattes till engelska. Analysen syftar till att undersöka hur undervisningen i att vara kritisk, den genomförda läroplanen, förhöll sig till den avsedda läroplanen samt den erfarna och upplevda läroplanen. Resultat Studiens resultat tyder på att det finns olika formuleringar av vad det innebär att vara kritisk beroende på vilken nivå i styrdokumenten som undersöks. På läroplansnivå uttrycks det som en generisk förmåga att kunna ifrågasätta samt att kunna föra ett resonemang genom att styrka sina påståenden och dra rimligaslutsatser. På kursplanenivå för ämnet historia uttrycks det som en ämnesspecifik förmåga att kunna kritiskt granska källor och att kunna skapa mening utifrån historiska källor. Styrdokumentanalysen identifierar följande potentiella ramfaktorer för undervisning i att vara kritisk i historieklassrummet: den kunskapsorienterade läroplanen i Ryssland, nationella prov i historia i Ryssland och Australien, kursens svårighetsgrad och avsatt lärarledd tid i Sverige och Ryssland. Intervjuanalysen visar på att lärarna och eleverna betonar vikten av att ha ett kritiskt förhållningssätt i skolan och i vardagslivet. Inom ämnet historia uttrycks det, i samtliga länder, som en förmåga att kunna ifrågasätta 167 historiska narrativ. Dessutom förknippas det kritiska förhållningssättet med medborglig bildning i Sverige och Ryssland. Analysen av klassrumsdata tyder på att lärarna undervisar i att vara kritisk på i huvudsak tre sätt. Den svenska läraren fokuserar på att fostra elever till medborgare som delar specifika värderingar, vilket syftar till att undvika upprepade tragedier som förintelsen och försäkra sig om att elever gör ”goda” val i framtiden. Den ryska läraren, som eftersträvar narrativ mångfald i historieklassrummet, ser till att det åtminstone förekommer intra-narrativ mångfald med hänsyn till ramfaktorerna. Den australiensiska läraren undervisar sina elever i att skapa mening utifrån multimodala källor och försöker bidra till narrativ mångfald. Dock kontrollerar läraren vilka alternativa narrativ som får utrymme i klassrummet. Rysk och australiensisk klassrumsdata visar prov på att motstridiga historiska narrativ kan existera i undervisningsdiskursen, medan svensk data visar på ett enda historiskt narrativ under datainsamlingsperioden. Slutsatser Studiens resultat tyder på att läroplanernas ambitiösa förväntade studieresultat för kritiskt förhållningssätt kan påverkas av formuleringar i kursplaner, av lärares och elevers uppfattningar om vad det innebär att vara kritisk samt av andra skolrelaterade omständigheter. För att bidra till elevers möjligheter att ifrågasätta historiska narrativ skulle man kunna fokusera på att förse elever med nödvändiga bakgrundskunskaper i lägre årskurser. Ett ytterligare utvecklingsområde skulle kunna vara att balansera historiekursers omfattning i förhållande till avsatt tid. Slutligen bör förväntade studieresultat för kritiskt förhållningssätt stämma överens med de instruktioner lärarna får om måluppfyllelse även i kursplaner för ”enklare” historiekurser. Detta skulle kunna leda till en mer likvärdig undervisning i att vara kritisk för alla elevgrupper, vi

This study examines conceptions of criticality and its instruction in the History learning environ- ment in Sweden, Russia, and Australia as evidenced in one sample upper secondary class in each country. To achieve this, data were collected at macro, micro and meso levels. At the macro level, elements of curriculum theory were used to analyse the policy framework provided to develop students’ criticality in the upper secondary History classroom and to identify the conceptions of criticality as manifested in the policy documents. At the micro level, a content-based, thematic analysis was used to examine how the teachers and student focus groups conceptualise criticality and the ways of its teaching and learning. At the meso level, the conceptions of criticality and its instruction modes identified in the policy documents and interviews were used to analyse the class- room data collected in the selected classes. The combined findings from the three levels of analysis provide a transnational account of criticality and its instruction. They suggest that criticality is conceptualised as a generic skill of questioning at the overarching curriculum level, whereas it is reconceptualised as a discipline- specific skill at the subject level. Discipline-specific conceptions include criticality as source criti- cism, as meaning making from historical evidence, as questioning historical narratives, and as educating for citizenship. The findings indicate that the visionary criticality objectives of the curricula might be obstructed at other policy levels and by the interviewees’ conceptions of criticality as well as the classroom practicalities. Based on the transnational findings, it is proposed that harmonisation between the curriculum contents and time allocation might contribute to the promotion of narrative diversity. As argued in the study, narrative diversity is a prerequisite for criticality as questioning historical narratives. To nurture this form of criticality, the policy makers might consider a shift of attention towards the lower stages of schooling that could equip upper secondary students with necessary background knowledge. Further, harmonisation between the teaching objectives and learning outcomes of basic History courses might help avoid excluding certain groups of students from receiving criticality instruction on unclear grounds. This might ensure the equity of education with regard to criticality instruction for all upper secondary students, as required in the national curricula in Sweden, Russia and Australia. / Att kunna vara kritisk är ett förväntat studieresultat i ämnet historia på gymnasienivå i Sverige, Ryssland och Australien. Genom att lära sig om sitt lands och världens historia i klassrummet skapar elever en nationell identitet. På historielektioner förväntas elever vara kritiska men vad det innebär kan skilja sig åt i olika utbildningskontexter. Denna avhandling syftar därför till att undersöka hur undervisning i att vara kritisk sker på historielektioner i tre gymnasieklasser: en klass i norra Sverige, en i nordvästra Ryssland och en i sydöstra Australien. Mina språkkunskaper och kontakter i länderna har möjliggjort insamling av data som annars sällan jämförs. Metoder Undersökningen är en småskalig primärstudie med fokus på enskilda aspekter inom utbildningssystemet (Ember & Ember, 2001). Den har genomförts inom de ramar för komparativa utbildningsvetenskapliga studier som föreslagits av Phillips (2006). Med utgångspunkt i den anpassade ontologiska modellen av lärmiljön (Bhaskar, 1978; Brown, 2008) och de läroplansteoretiska begreppen formuleringsarenan och realiseringsarenan (Lindensjö & Lundgren, 2014) har jag samlat in data från makro-, mikrooch mesonivå i varje land. På makronivå analyseras de nationella styrdokument som reglerar historieundervisningen på gymnasiet i Sverige, Ryssland och Australien – den avsedda läroplanen. Eftersom gymnasieutbildningen i Australien främst styrs av delstaterna analyseras även styrdokumenten för den aktuella delstaten Victoria. Dessutom tas hänsyn till en rad andra utbildningspolitiska dokument med relevans för studien, såsom kommentarer till läroplaner och kursplaner från de undersökta länderna. Analysen syftar till att identifiera skrivningar som explicit refererar till kritiska perspektiv och tolka statusen av dessa skrivningar i ett utbildningspolitiskt sammanhang. Vidare identifierar jag några ramfaktorer för historieundervisningen i allmänhet, och för undervisning i att vara kritisk i synnerhet. På mikronivå genomförde jag semi-strukturerade intervjuer med lärare och deras elever i varje utbildningskontext. Intervjuguiden testades i en pilotundersökning med lärare och en fokusgrupp med elever som läste ett högskoleförberedande program i norra Sverige. I huvudstudien intervjuade jag tre lärare, en från varje land, och 16 av deras elever. Fyra elevintervjuer genomfördes, där tre elevintervjuer skedde i fokusgrupp och en individuellt. Samtliga intervjuer spelades in och transkriberades, och utvalda delar översattes till engelska. Alla deltagande skolor har gott rykte och ligger i medelstora städer i respektive land. Lärarna i studien är behöriga i historia och har mer än 20 års undervisningserfarenhet. Eleverna var vid studiens genomförande i snitt 17 år gamla. De svenska eleverna gick ett yrkesprogram och läste den obligatoriska kursen Historia 1a1. Eleverna i Ryssland och i Australien gick de program som ger allmän behörighet till studier på högskolenivå. De ryska eleverna läste en obligatorisk historiekurs på basnivå, medan de australiensiska eleverna läste en valbar kurs i Australiens historia. Insamlad intervjudata analyserades innehållsligt. Analysen syftar till att urskilja lärares och elevers uppfattningar om vad det innebär att vara kritisk samt deras erfarenheter och upplevelser av undervisningen i att vara kritisk, något som kan sägas ingå i den erfarna och upplevda läroplanen. På mesonivå observerades 17 historielektioner. Under observationen använde jag två till fyra inspelningsapparater beroende på undervisningsmoment. Inspelningarna kompletterades med fältanteckningar enligt en observationsmall (se Appendix 20). Därefter transkriberades den största delen av inspelningarna och utvalda delar översattes till engelska. Analysen syftar till att undersöka hur undervisningen i att vara kritisk, den genomförda läroplanen, förhöll sig till den avsedda läroplanen samt den erfarna och upplevda läroplanen. Resultat Studiens resultat tyder på att det finns olika formuleringar av vad det innebär att vara kritisk beroende på vilken nivå i styrdokumenten som undersöks. På läroplansnivå uttrycks det som en generisk förmåga att kunna ifrågasätta samt att kunna föra ett resonemang genom att styrka sina påståenden och dra rimligaslutsatser. På kursplanenivå för ämnet historia uttrycks det som en ämnesspecifik förmåga att kunna kritiskt granska källor och att kunna skapa mening utifrån historiska källor. Styrdokumentanalysen identifierar följande potentiella ramfaktorer för undervisning i att vara kritisk i historieklassrummet: den kunskapsorienterade läroplanen i Ryssland, nationella prov i historia i Ryssland och Australien, kursens svårighetsgrad och avsatt lärarledd tid i Sverige och Ryssland. Intervjuanalysen visar på att lärarna och eleverna betonar vikten av att ha ett kritiskt förhållningssätt i skolan och i vardagslivet. Inom ämnet historia uttrycks det, i samtliga länder, som en förmåga att kunna ifrågasätta 167 historiska narrativ. Dessutom förknippas det kritiska förhållningssättet med medborglig bildning i Sverige och Ryssland. Analysen av klassrumsdata tyder på att lärarna undervisar i att vara kritisk på i huvudsak tre sätt. Den svenska läraren fokuserar på att fostra elever till medborgare som delar specifika värderingar, vilket syftar till att undvika upprepade tragedier som förintelsen och försäkra sig om att elever gör ”goda” val i framtiden. Den ryska läraren, som eftersträvar narrativ mångfald i historieklassrummet, ser till att det åtminstone förekommer intra-narrativ mångfald med hänsyn till ramfaktorerna. Den australiensiska läraren undervisar sina elever i att skapa mening utifrån multimodala källor och försöker bidra till narrativ mångfald. Dock kontrollerar läraren vilka alternativa narrativ som får utrymme i klassrummet. Rysk och australiensisk klassrumsdata visar prov på att motstridiga historiska narrativ kan existera i undervisningsdiskursen, medan svensk data visar på ett enda historiskt narrativ under datainsamlingsperioden. Slutsatser Studiens resultat tyder på att läroplanernas ambitiösa förväntade studieresultat för kritiskt förhållningssätt kan påverkas av formuleringar i kursplaner, av lärares och elevers uppfattningar om vad det innebär att vara kritisk samt av andra skolrelaterade omständigheter. För att bidra till elevers möjligheter att ifrågasätta historiska narrativ skulle man kunna fokusera på att förse elever med nödvändiga bakgrundskunskaper i lägre årskurser. Ett ytterligare utvecklingsområde skulle kunna vara att balansera historiekursers omfattning i förhållande till avsatt tid. Slutligen bör förväntade studieresultat för kritiskt förhållningssätt stämma överens med de instruktioner lärarna får om måluppfyllelse även i kursplaner för ”enklare” historiekurser. Detta skulle kunna leda till en mer likvärdig undervisning i att vara kritisk för alla elevgrupper, vi

With this project, I wish to question the processes of designing for normative, active bodies and create opportunities for more inclusive and democratic sports. It aims to render and re-engineer sports equipment as we know them.   The design thesis has been developed based on research and experiences of exclusion regarding accessible equipment for Parasports. From a norm-critical standpoint, my collaborator Ebba and I have therefore developed a new Paralympic seat and back support for the sport of rowing. As a norm-creative innovation, its design addresses the particularities of the individual body and its specific needs.  The project investigates the combination of co-creation, craft and norm-creative methods as a pragmatic and alternative approach to sports equipment. By 3D scanning Ebba’s body, digital and physical iterations were in combination with manual crafts, principles of the making. The result shows great potential as the equipment are fully functional, it consists of a sandwich construction with a (Nomex) core and layers of high modulus carbon fibre. The back support is adjustable in four axis points.  I state that if we want to engage in sustainable sports equipment, the notions of co-creation, norm-criticality and crafts have good potential in formulating inclusive and accessible outcomes that are both desirable, valuable and satisfying for people with disobedient bodies.

Cette thèse s'inscrit dans une démarche Européenne de recherche sous l'égide du projet European Bus System of the Futur (EBSF). Ce projet vise à définir le bus de demain et de préparer son architecture embarquée, aux systèmes de transport intelligents (STI) critiques ou de divertissement, de plus en plus présents dans les véhicules. Les systèmes autrefois hétérogènes et autonomes, devrons à l'avenir communiquer sur une architecture orientée service (SOA) unique. L'objectif est d'optimiser le fonctionnement de l'architecture dans son ensemble grâce à des protocoles de communication ouverts et standards. C'est à partir de cette base, à laquelle nous avons activement apportée notre contribution, que notre thèse s'appuie. Le dimensionnement et la validation de ces architectures sont restés des éléments sans réponse à la suite du projet EBSF. Cette thèse présente premièrement une méthode dimensionnement des architectures STI basée sur les méthodes de décision multi-critères. Nous nous basons sur une étude poussée des besoins opérationnels collectés tout au long de la thèse. Dans un deuxième temps, nous adaptons le modèle de Criticité Mixte, définit dans le domaine du temps réel, aux flux de communication entre le véhicule et l'infrastructure. Enfin nous présentons les travaux réalisés dans le cadre de la standardisation européenne afin de promouvoir ce type d'architecture et les travaux de cette thèse / Intelligent Transportation systems (ITS) are massively used in the Public Transport sector since the Two decades. This profusion of systems on-board and off-board vehicles generates inter-operability issues. The growth of urban zones and the increase of public transport attractiveness, brought multi-modal constraints that are today limited due to a lack of architecture vision embracing all ITS. This thesis proposes to unify the architecture vision of on-board ITS. We based our technical architecture on the Service Oriented Architecture (SOA) proposed in the European Bus System of the Future (EBSF) project, in which this thesis actively contributed. We study first the global requirements of different transportation modes operated in Europe. Those requirements are a basis to the definition of technical constraints of a global architecture. Those constraints are ranked in terms of importance using a proposed method based on Multi-Criteria Decision Making (MCDM) techniques. The method that we propose permits to size the technical architecture. We then study the flow management of data, considering the context of operation of vehicles and the criticality of ITS applications. We propose to adapt the Real-time Mixed-Criticality model to communication systems on-board the vehicles. We apply this method on a communication gateway of a bus, through its journey. Finally we present the work done at the standardization level (CEN) in order promote the global architecture vision presented in the thesis

Vários problemas do mundo real podem ser analisados como problemas de otimização. Na bioinformática, em especial, como exemplos podem ser citados o alinhamento múltiplo de sequências, a filogenia, a predição de estruturas de proteínas e RNA, entre outros. As Meta-heurísticas Populacionais (MhP) são técnicas baseadas em interações de conjuntos de soluções candidatas, como elementos de uma população, utilizadas na otimização de funções. Seu uso é especialmente interessante na otimização de problemas onde há conhecimento parcial ou nenhum do espaço de busca. O objetivo deste trabalho é investigar o uso de auto-organização da população de um sistema imunológico artificial (AIS) a fim de aplicá-lo no problema de docking, que pode ser visto como um problema de otimização multimodal complexo. O AIS é um tipo de MhP inspirado na microevolução do sistema imunológico adaptativo de organismos complexos. Neste, as soluções candidatas representam células do sistema imunológico que busca se adaptar para a eliminação de um patógeno. O desenvolvimento do algoritmo foi baseado no opt-aiNet, que utiliza dos princípios das teorias de seleção clonal e maturação de afinidade para realizar a otimização de funções. Adicionalmente, o opt-aiNet, inspirado na teoria de redes imunológicas, realiza uma etapa de supressão, que busca eliminar soluções semelhantes, aumentando assim a diversidade populacional. Esta etapa é computacionalmente custosa, dado que é feito o cálculo da distância entre todos os possíveis pares de células (soluções) afim de eliminar aquelas próximas de acordo com um dado critério. A proposta deste trabalho é o desenvolvimento de um algoritmo de supressão auto-organizável, inspirado no fenômeno da criticalidade auto-organizada, buscando diminuir a influência da seleção de parâmetros e a complexidade da etapa de supressão. O algoritmo proposto foi testado em um conjunto de funções contínuas conhecidas e comumente utilizadas pela comunidade de computação evolutiva. Os resultados obtidos foram comparados com aqueles de uma implementação do opt-aiNet. Em adição, foi proposta a utilização de operadores de mutação com distribuição q-gaussiana nos AISs desenvolvidos. O algoritmo foi também aplicado no problema de docking rígido baseado em complementaridade de superfícies e minimização de colisões, especificamente no docking de proteínas. Os resultados foram comparados com aqueles de um algoritmo genético, resultando em um melhor desempenho obtido pelo algoritmo proposto. / Many real world problems can be described as optimization problems. In bioinformatics in special, there is multiple sequence alignment, filogeny and RNA and Protein structure prediction, among others. Population based metaheuristics are techniques based in the interaction of a set of candidate solutions as elements of a population. Its use is specially interesting in optimization problems where there is little or no knowledge of the search space. The objective of this work is to study the use of self-organization of population in an artificial imune system for use in the docking problem, considered a complex multimodal optimization problem. The artificial imunme system is a type of population based methaheuristics inspired in the microevolution of the adaptive immune system of complex organisms. Candidate solutions represent cells of the immune system adapting its antibodies to eliminate a pathogen. The development of the algorithm was based in the opt-aiNet, based in the principles of clonal selection and affinity maturation for function optimization. Additionally, the opt-aiNet, inspired in theories of immune network, makes a suppression stage to eliminate similiar solutions and control diversity. This stage is computationally expensive as it calculates the distance between every possible pair of cells (solutions) eliminating those closer than a threshold. This work proposes a self-organized suppression algorithm inspired in the self-organized criticality, looking to minimize the influence of parameter selection and complexity of the suppression stage in opt-aiNet. The proposed algorithm was tested in a set of well-known functions in the evolutionary computation community. The results were compared to those of an implementation of the opt-aiNet. In addition, we proposed a mutation operator with q-Gaussian distribution for the artificial immune systems. The algorithm was then applied in the rigid protein docking problem based in surface complementarity and colision avoidance. The results were compared with a genetic algorithm and achieved a better performance.

Quantum phase transitions (QPT) on the border of magnetism have provided a fertile hunting ground for the discovery of new states of matter, for example; the marginal Fermi Liquid and non Fermi Liquid states as well high T$_C$ cuprate and magnetically mediated superconductivity. In this thesis I present work on three materials in which it may be possible to tune the system through a magnetic QPT with the application of hydrostatic pressure. Although the details of the underlying physics are different in each of the materials, they are linked by the possibility of finding new states on the border of magnetism. Applying hydrostatic pressure, we have suppressed the ferromagnetic (FM) transition in metallic Fe$_2$P to very low temperature and to a potential QPT. Counter-intuitive broadening of the magnetic hysteresis leading up to the FM-AFM QPT may well be a crucial clue as to the nature of the model needed to understand this phase transition. A sharp increase in the quasi-particle scattering cross-section as well as the residual resistivity accompany a departure from the quadratic temperature dependence of the resistivity. This possible deviation from Fermi liquid behaviour is stable over a significant range of temperature. The unexplained upturn in the resistivity of CeGe that accompanies the AFM transition was studied under pressure. Pressure increased the residual resistivity as well as decreasing the relative size of the upturn, but had a moderate effect on the Neel temperature. The insensitivity of the N$\acute e$el temperature to pressure has been compared to its relative sensitivity to applied feld. The existence of the upturn and its evolution with pressure and applied feld can reasonably be argued to be due to the details of the electron band structure in the system. By applying pressure we have drastically reduced the resistivity of the insulating antiferromagnet NiPS$_3$. Concurrent work on FePS$_3$ has shown metallisation under pressure. It seems reasonable to speculate that NiPS$_3$ may also metallise at higher pressure. The energy gap is narrowed in both materials as pressure is increased. Magnetisation measurements have revealed a low temperature upturn indicating some possible ferromagnetic component or proximity to another magnetic state. A peak in the magnetisation is also seen at 45K in zero-feld cooled measurements. Both of these features point to a system with a complex magnetic ground state.

A major area of interest in condensed matter physics over the past decades has been the emergence of new states of matter from strongly correlated electron systems. A few limited examples would be the emergence of unconventional superconductivity in the high-T$_c$ superconductors and heavy-fermion systems, the appearance of the skyrmion magnetic vortex state in MnSi and magnetically mediated superconductivity in UGe$_2$. While detailed studies of many of the emergent phases have been made, there are still many gaps in understanding of the underlying states and mechanisms that allow them to form. This work aims to add to knowledge of the basic physics behind such states, and the changes within them as they are tuned to approach new phases. The cubic perovskite material SrTiO$_3$ has been studied for many decades and is well-documented to be an incipient ferroelectric, theorised to exist in the absence of any tuning in the proximity of a ferroelectric quantum critical point. This work presents the first high-precision dielectric measurements under hydrostatic pressure carried out on a quantum critical ferroelectric, leading to a full pressure-temperature phase diagram for SrTiO$_3$. The influence of quantum critical fluctuations is seen to diminish as the system is tuned away from the quantum critical point and a novel low temperature phase is shown to be emergent from it. The Néel Temperature of the two-dimensional antiferromagnet FePS$_3$ was found to increase linearly with applied hydrostatic pressure. Evidence of an insulator-metal transition is also presented, and an unexplained upturn in the resistivity at low temperatures in the metallic phase.

This thesis studies the so-called “criticality problem”, an important generalised eigenvalue problem arising in neutron transport theory. The smallest positive real eigenvalue of the problem contains valuable information about the status of the fission chain reaction in the nuclear reactor (i.e. the criticality of the reactor), and thus plays an important role in the design and safety of nuclear power stations. Because of the practical importance, efficient numerical methods to solve the criticality problem are needed, and these are the focus of this thesis. In the theory we consider the time-independent neutron transport equation in the monoenergetic homogeneous case with isotropic scattering and vacuum boundary conditions. This is an unsymmetric integro-differential equation in 5 independent variables, modelling transport, scattering, and fission, where the dependent variable is the neutron angular flux. We show that, before discretisation, the nonsymmetric eigenproblem for the angular flux is equivalent to a related eigenproblem for the scalar flux, involving a symmetric positive definite weakly singular integral operator(in space only). Furthermore, we prove the existence of a simple smallest positive real eigenvalue with a corresponding eigenfunction that is strictly positive in the interior of the reactor. We discuss approaches to discretise the problem and present discretisations that preserve the underlying symmetry in the finite dimensional form. The thesis then describes methods for computing the criticality in nuclear reactors, i.e. the smallest positive real eigenvalue, which are applicable for quite general geometries and physics. In engineering practice the criticality problem is often solved iteratively, using some variant of the inverse power method. Because of the high dimension, matrix representations for the operators are often not available and the inner solves needed for the eigenvalue iteration are implemented by matrix-free inneriterations. This leads to inexact iterative methods for criticality computations, for which there appears to be no rigorous convergence theory. The fact that, under appropriate assumptions, the integro-differential eigenvalue problem possesses an underlying symmetry (in a space of reduced dimension) allows us to perform a systematic convergence analysis for inexact inverse iteration and related methods. In particular, this theory provides rather precise criteria on how accurate the inner solves need to be in order for the whole iterative method to converge. The theory is illustrated with numerical examples on several test problems of physical relevance, using GMRES as the inner solver. We also illustrate the use of Monte Carlo methods for the solution of neutron transport source problems as well as for the criticality problem. Links between the steps in the Monte Carlo process and the underlying mathematics are emphasised and numerical examples are given. Finally, we introduce an iterative scheme (the so-called “method of perturbation”) that is based on computing the difference between the solution of the problem of interest and the known solution of a base problem. This situation is very common in the design stages for nuclear reactors when different materials are tested, or the material properties change due to the burn-up of fissile material. We explore the relation ofthe method of perturbation to some variants of inverse iteration, which allows us to give convergence results for the method of perturbation. The theory shows that the method is guaranteed to converge if the perturbations are not too large and the inner problems are solved with sufficiently small tolerances. This helps to explain the divergence of the method of perturbation in some situations which we give numerical examples of. We also identify situations, and present examples, in which the method of perturbation achieves the same convergence rate as standard shifted inverse iteration. Throughout the thesis further numerical results are provided to support the theory.

Thesis. 1975. Ph.D.--Massachusetts Institute of Technology. Dept. of Mechanical Engineering. / Vita. / Bibliography: leaves 76-78. / Ph.D.