Orientador: Gelio Mendes Ferreira / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Engenharia da Informação, 2011

In this work, we discuss a description of quantum properties of light beams produced by an Optical Parametric Oscillator (OPO) above threshold, pumped by a 780 nm Titanium Sapphire laser, resonant with the D2 line of Rb with a noise spectrum of a coherent beam. The twin beams have wavelengths around 1560nm, in the telecommunication band. The states emitted by the OPO under study are approximately Gaussian (1), which allows us to describe them in terms of first and second order moments. As we analyze the noise spectrum of the fluctuations of each beam, the first order moments are null, which allows us to describe the state of the system in terms of a covariance matrix. We present the behavior of the noise spectrum and the correlations between the reflected pump, signal and idler beams. In addition, we applied different entanglement criteria to study the system. We present a prediction of the bipartite entanglement using Duan criterion (2). For tripartite correlations, we use the Furusawa criterion (3). We performed a study of bipartition pump and sum quadrature. As well, we applied the PPT criterion (4) for continuous variables, independently transposing each beam under study. The PPT criterion is necessary and sufficient to demonstrate entanglement between bipartitions for Gaussian states. In order to explore the behavior of the system using the steering criterion in the model developed by Reid (5), we theoretically study the criterion of inference for bipartite quadratures: between the twin beams or between one of the twin beams and the pump beam. In addition, we analyzed the inference between the three modes, through the bipartition pump mode and combination of sum quadrature of the twin beams. We develop a quantum teleportation protocol of a coherent input state, composed by the Titanium Sapphire beam whose Bell measurement is performed using the pump reflected by the OPO as an entangled state for the signal and idler beams as a first possibility to implement the protocol. Furthermore, we propose a protocol in which the signal beam assists in the process of teleportation. Thus, the fidelity of the system increases and exceeds the limit of non-cloning. We will describe the first measurements of correlations between the beams emitted by the OPO for this system. The tripartite entanglement characterization is the first step in the implementation of quantum optical protocols using a source of entangled states that is compatible with both Rubidium atomic systems and the telecommunications region, thus forming a quantum network. / Nesse trabalho apresentamos uma descrição das propriedades quânticas dos feixes de luz produzidos por um Oscilador Paramétrico Ótico (OPO) acima do limiar, bombeado por um laser de Titânio Safira com comprimento de onda de 780nm, linha D2 do Rb, com espectro de ruído de um feixe coerente. Os feixes gêmeos possuem comprimentos de onda na região de 1560 nm que compreende a janela de transmissão de fibras óticas. Os estados emitidos pelo OPO em estudo são aproximadamente gaussianos (1), o que nos permite descrevê-los em termos de momentos de primeira e segunda ordem. Como analisamos o espectro de ruído das flutuações de cada feixe, os momentos de primeira ordem são nulos, o que nos permite descrever o estado do sistema em termos de uma matriz de covariância. Apresentamos então o comportamento do espectro de ruído e das correlações entre os feixes de bombeio refletido, sinal e complementar. Ademais, aplicamos diferentes critérios de emaranhamento para estudar o sistema. Apresentamos uma previsão do emaranhamento bipartido utilizando o critério de Duan (2). Para as correlações tripartidas, utilizamos o critério de Furusawa (3). Realizamos um estudo da bipartição bombeio e quadratura soma. E, aplicamos o critério PPT para variáveis contínuas (4), transpondo independente cada feixe em estudo. O critério PPT é necessário e suficiente para demonstrar emaranhamento entre bipartições para estados gaussianos. Com o objetivo de explorar qual o comportamento do sistema frente ao critério de \"steering\" no modelo desenvolvido por Reid (5), estudamos teoricamente o critério de inferência para quadraturas bipartidas: entre os feixes gêmeos ou entre um dos feixes gêmeos e o feixe de bombeio. Finalizamos essa análise caracterizando a inferência entre os três modos, através da bipartição modo do bombeio e combinação das quadraturas soma dos feixes gêmeos. Apresentamos a formulação de um protocolo de teletransporte quântico de um estado coerente de entrada formado pelo feixe do Titânio Safira, cuja medida de Bell é realizada utilizando o bombeio refletido pelo OPO como estado emaranhado para os feixes sinal e complementar, como uma primeira possibilidade de implementar o protocolo. Também propomos um protocolo em que o feixe sinal auxilia no processo de teleportação. Dessa forma, a fidelidade do sistema aumenta e supera o limite da não clonagem. Descreveremos as primeiras medidas de correlações entre os feixes emitidos pelo OPO para esse sistema. A caracterização de emaranhamento tripartido nessa nova configuração é o primeiro passo para a implementação de protocolos de ótica quântica utilizando uma fonte de estados emaranhados que é compatível tanto com sistemas atômicos de Rubídio quanto com a região de telecomunicações, formando assim uma rede quântica de transferência e aprisionamento de informação.

Submitted by Hellen Luz (hellencrisluz@gmail.com) on 2017-10-03T14:15:24Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_ChavesOpticasCompactas.pdf: 14902318 bytes, checksum: 61976802fa05c3cb71a63848b89f2859 (MD5) / Rejected by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br), reason: on 2017-10-10T17:03:15Z (GMT) / Submitted by Hellen Luz (hellencrisluz@gmail.com) on 2017-10-16T14:19:18Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_ChavesOpticasCompactas.pdf: 14902318 bytes, checksum: 61976802fa05c3cb71a63848b89f2859 (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2017-11-13T15:58:01Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_ChavesOpticasCompactas.pdf: 14902318 bytes, checksum: 61976802fa05c3cb71a63848b89f2859 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-11-13T15:58:01Z (GMT). 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As chaves ópticas constituídas de material magneto-óptico têm suas cavidades formadas por furos cilíndricos dispostos de forma a montar anéis concêntricos ao redor de um furo central, sendo a primeira com acoplados frontal dos guias de onda formado um ângulo de 180o entre si e alinhadas com a cavidade ressonante. A segunda, com acoplados lateral dos guias de onda a cavidade ressonante. São inseridos no material magneto-óptico bidimensional defeitos (furos formando uma rede triangular). A chave óptica, construída por cilindros dielétricos dispostos de forma a montar uma rede quadrada, tem sua cavidade constituída de um cilindro de Níquel-Zinco-Ferrite, e seus guias de onda formam um ângulo de 90o. Os dispositivos possuem dois estados, um estado onde há transmissão de sinal (estado on) e um estado onde ocorre o bloqueio do sinal (estado off ), sendo a transição entre os mesmos controlada a partir da variação de um campo magnético DC externo H0. O funcionamento dos dispositivos é baseado na orientação de um modo de dipolo, excitado na cavidade ressonante por um sinal eletromagnético, que entra por uma das portas do dispositivo. Para as duas chaves construídas de material magneto óptico, o estado on é obtido sem magnetização. Nesta situação, os nós do dipolo alinham-se de modo perpendicular ao eixo dos guias de onda, ocorrendo assim a transmissão de sinal, com baixas perdas de inserção, enquanto que no estado off com campo magnético externo diferente de zero, para o dispositivo com acoplamento frontal o modo dipolo sofre uma rotação por 90º e para o dispositivo com acoplamento lateral o modo dipolo apresenta uma rotação no sentido anti-horário interrompendo a transmissão do sinal, com alta isolação. Para a chave construída de cilindros dielétricos, o estado on é obtido com magnetização e o modo dipolo apresenta uma rotação no sentido horário transmitindo o sinal, enquanto que no estado off, sem campo magnético externo, o modo dipolo é estacionário, com os nós do modo dipolo alinhados com os guias de onda interrompendo a transmissão do sinal. / In the present work, investigated three possibilities of optical key (switch) based on Photonic Crystal, two of these being constructed from a magneto-optic material, designed to operate in the optical frequency range and the last cylinder of dielectric, designed to operate in the terahertz frequency range, both consist of two coupled waveguides resonant cavity. The optical keys consist of material magneto optical, has a cavity formed by cylindrical holes disposed so as to mount concentric rings around a central hole, and the first, with front of coupled waveguides formed a angles of 180o aligned with each other and the resonant cavity. The second side coupled to the waveguide resonant cavity. Are inserted into the magneto-optical material in two- dimensional photonic crystal defects (holes forming a triangular lattice). The optical key constructed by dielectric cylinders arranged in order to mount a square lattice, has a hollow cylinder composed of a nickel-zinc-ferrite, and their wave guides are at an angle of 90o. The devices has two states, a state where there is transmission signal (state on) and a state where the lock signal occurs (state off ), being the transition between them controlled from the variation of an external DC magnetic field H0. The operation of the device is based on the orientation of a dipole mode, excited resonant cavity for electromagnetic signal. In state on no magnetisation dipole nodes align perpendicular to the axis of the waveguides, occurring so the signal transmission, with low insertion losses, While in the State off non-zero external magnetic field the dipole mode is rotated by 90o for coupling the front and to the device with lateral coupling the dipole mode shows a rotation in counterclockwise interrupting signal transmission, with high isolation. For the key cylinder constructed of dielectric, the condition on magnetization is obtained, the dipole mode shows a clockwise rotation transmitting the signal, whereas in state off without external magnetic field, the dipole mode is stationary, with the nodes of the dipole mode aligned with the waveguides stopping the signal transmission.

Submitted by camilla martins (camillasmmartins@gmail.com) on 2017-01-04T13:23:16Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_ObtencaoAnalisePerformance (1).pdf: 2088447 bytes, checksum: 504f22b37c1417a997458698031b130b (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2017-01-10T17:27:18Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_ObtencaoAnalisePerformance (1).pdf: 2088447 bytes, checksum: 504f22b37c1417a997458698031b130b (MD5) / Made available in DSpace on 2017-01-10T17:27:18Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_ObtencaoAnalisePerformance (1).pdf: 2088447 bytes, checksum: 504f22b37c1417a997458698031b130b (MD5) Previous issue date: 2016-09-09 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Nesta dissertação, foi utilizado o conceito de cristais fotônicos (PhCs) para a simulação computacional de duas portas lógicas totalmente ópticas, as portas NOT e NAND. Estas novas estruturas totalmente ópticas são compostas por um anel ressoador de cristal fotônico (PCRR) em duas dimensões (2-D), feito de hastes dielétricas de silício (Si) no substrato de ar. O método da expansão em ondas planas (PWE) e o método das diferenças finitas no domínio do tempo (FDTD) são utilizados para analisar o comportamento destas estruturas. O método PWE é utilizado para calcular o intervalo de banda fotônica (PBG) das estruturas de cristais fotônicos (PhC), que é de 0,2654-0,3897 (a / λ). As redes quadradas das portas lógicas (NOT e NAND) fabricadas são implementadas utilizando o comprimento de onda operacional igual a 1700 nm. Os resultados das simulações mostram que as estruturas propostas são candidatas potenciais para a concepção de circuitos ópticos digitais ultra-rápidos e altamente vantajosas com alta potência de transmissão, simples design, além de serem fortemente aplicáveis para a fabricação de circuitos integrados fotônicos (PICs), devido à sua simples estrutura e o seu claro princípio de funcionamento. / In this work, we used the concept of Photonic Crystals (PhCs) for the computational simulation of two all-optical logic gates, the NOT and NAND gates. These new all-optical structures consist of a Photonic Crystal Ring Resonator (PCRR) in two dimensions (2-D) made of dielectric rods silicon (Si) in air substrate. The Plane Wave Expansion (PWE) and the Finite Difference Time Domain (FDTD) methods are used to analyze the behavior of these structures. The PWE method is used to calculate the Photonic Band Gap (PBG) of the PhC structures, that is from 0.2654 to 0.3897 (a / λ). The square lattices of logic gates (NOT and NAND) designed are implemented on the operational wavelength of 1700 nm. The simulation results show that the proposed structures are potential candidates for the design of ultra-fast optical digital circuits and highly advantageous with high transmission power, simple design, and are strongly applicable to the manufacture of Photonic Integrated Circuits (PICs) due to their simple structure and its clear operating principle. KEYWORDS: All-Optical NOT Logic Gate, Photonic Crystal Ring Resonator, Finite Difference Time Domain, Contrast Ratio.

Submitted by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2017-01-26T12:42:31Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_DesenvolvimentoSensoresBaseados.pdf: 2727348 bytes, checksum: a414e667d193951d8b86c745ce1c6020 (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2017-01-26T13:03:15Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_DesenvolvimentoSensoresBaseados.pdf: 2727348 bytes, checksum: a414e667d193951d8b86c745ce1c6020 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-01-26T13:03:15Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_DesenvolvimentoSensoresBaseados.pdf: 2727348 bytes, checksum: a414e667d193951d8b86c745ce1c6020 (MD5) Previous issue date: 2015-02-06 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / O monitoramento de parâmetros ambientais é importante na preservação do meio ambiente. O desenvolvimento de sistemas tecnologicamente avançados para a medição de parâmetros físicos pode permitir a detecção antecipada de fatores nocivos ao meio ambiente. Por exemplo, sistemas de medição de índice de refração e temperatura permitem detectar poluição térmica e química na água de rios. Medição de curvatura ou inclinação é importante na previsão de fenômenos naturais que possam causar danos ao ser humano, tais como deslizamentos de encostas e sismos. Essa tese investiga sensores baseados em fibra óptica afunilada para monitoramento de parâmetros ambientais. A tecnologia investigada é baseada em fibra óptica monomodo padrão com seção afunilada que faz uso do campo evanescente para detectar alterações no ambiente externo, tais como índice de refração, temperatura e curvatura. Esse tipo de dispositivo é analisado através de simulações numéricas e medidas experimentais. A modelagem numérica é feita através do método de propagação de feixe por diferenças finitas (FD-BPM, finite difference beam propagation method). É comprovado numérica e experimentalmente que o interferômetro de Michelson em fibra óptica afunilada submetida à curvatura apresenta uma intensificação na sensibilidade à variação de índice de refração em comparação com o dispositivo não curvado. Medidas experimentais indicam que esse tipo de dispositivo tem também grande potencial como sensor de temperatura. Resultados numéricos, baseados no FD-BPM, indicam que é possível otimizar os parâmetros do afunilamento na fibra óptica para melhorar sua sensibilidade à curvatura em termos de potência transmitida. / The monitoring of environmental parameters is important in preserving the environment. The development of technologically advanced systems for measuring physical parameters allows the early detection of harmful environmental factors. For example, refractive index and temperature measurement systems can detect thermal and chemical pollution in rivers water. Curvature or tilt measurement is important in predicting natural phenomena that may cause damage to human beings, such as landslides and earthquakes. This thesis investigates sensors based on tapered optical fiber for monitoring environmental parameters. The investigated technology is based on standard single-mode optical fiber with tapered section that makes use of the evanescent field to detect changes in the external environment, such as refractive index, temperature and curvature. This type of device is analyzed through numerical simulations and experimental measurements. The numerical modeling is performed using finite difference beam propagation method (FD-BPM). It is numerically and experimentally demonstrated that once tapered optical fiber Michelson interferometer is subjected to bending the sensitivity to refractive index change is enhanced in comparison with the not bent device. Experimental measurements indicate that this type of device has great potential as a temperature sensor. Numerical results, based on FD-BPM, indicate that it is possible to optimize the taper parameters in optical fiber to improve its sensitivity to bending in terms of transmitted power.

The main objective of the thesis is to study the properties of the Galactic population of radio-quiet and thermally emitting isolated neutron stars (INSs). This is done by studying further the existing neutron star sample of nearby seven sources, known as the Magnificent Seven (M7), as well as by searching for new candidates and constraining possible populations. During the thesis, we investigated the proper motions of three of the faintest M7 in X-rays with the satellite Chandra. This work allowed us to constrain the neutron star displacement in two cases as well as to accurately determine the high proper motion of a third source, for the first time in X-rays with a significance approaching 10 standard deviations (Motch, Pires, Haberl, & Schwope, 2007, Ap&SS, 308, 217; Motch, Pires, Haberl, Schwope, & Zavlin, 2009, A&A 497, 423). The search of new INS candidates in the serendipitous catalogue of the XMM-Newton Observatory, with more than 120,000 X-ray sources, had as well the aim to constrain the spatial density of thermally emitting sources located beyond the solar vicinity. This work allowed the long awaited discovery of a new thermally emitting INS with properties similar to those of the seven nearby sources discovered by ROSAT (Pires, Motch, Turolla, Treves, & Popov, 2009, A&A 498, 233). Moreover, deep optical observations with SOAR and the ESO-VLT have been obtained during the thesis work in order to optically identify a handful of INS candidates that have been selected among more than 72,000 sources (Pires, Motch, & Janot-Pacheco, 2009, A&A, 504, 185). Finally, population synthesis of Galactic thermally emitting INSs allows constraining the global properties of this population based on the whole sample of XMM-Newton observations. By estimating the density of similar sources at more remote distances in the Milky Way, the final objective is to determine whether the spatial density derived from the group of seven nearby sources is a local anomaly caused by the Suns current location near regions of active stellar formation of the Gould Belt. / O objetivo da tese é estudar as propriedades da população Galáctica de estrelas de nêutrons isoladas com emissão térmica em raios X mas silenciosas em rádio. Isto é feito iinvestigando-se a amostra existente de sete fontes próximas, conhecidas como Magnificent Seven (M7), assim como através da procura por novos candidatos e restringindo possíveis cenários e populações. Durante a tese, nós investigamos os movimentos próprios de três das mais fracas fontes em raios X com o satélite Chandra. Este trabalho nos permitiu restringir o deslocamento da estrela de nêutrons em dois casos assim como medir com grande precisão o alto valor de movimento próprio de uma terceira fonte, pela primeira vez em raios X com uma precisão alcançando 10 desvios-padrão (Motch, Pires, Haberl & Schwope, 2007, Ap&SS, 308, 217; Motch, Pires, Haberl, Schwope & Zavlin, 2009, A&A 497, 423). A procura por novos candidatos a estrelas de nêutrons isoladas no catálogo de fontes do satélite XMM-Newton, com mais de 120.000 fontes de raios X, teve igualmente como objetivo restringir a densidade espacial de fontes com emissão térmica situadas além da vizinhança solar. Este trabalho levou à aguardada descoberta de uma nova estrela de nêutrons isolada em processo de resfriamento, a qual exibe propriedades similares às sete fontes descobertas pelo ROSAT (Pires, Motch, Turolla, Treves, & Popov, 2009, A&A 498, 233). Mais ainda, observações óticas profundas com os telescópios SOAR e ESO-VLT foram obtidas durante a tese de maneira a identificar no óptico a amostra mais brilhante de candidatos a estrelas de nêutrons, os quais foram selecionados entre mais de 72.000 fontes (Pires, Motch, & Janot-Pacheco, 2009, A&A, 504, 185). Finalmente, a síntese de população de estrelas de nêutrons isoladas Galácticas permite restringir as propriedades globais da população com base na amostra total de observações em raios X realizadas com o satélite XMM-Newton. Estimando-se a densidade de fontes similares a maiores distâncias na Via Láctea, o objetivo final é determinar se a densidade espacial derivada do grupo de sete estrelas próximas corresponde a uma anomalia local causada pela proximidade do Sol em relação a regiões de ativa formação estelar do Cinturão de Gould.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Neste trabalho foi proposto o monitoramento do processo de cura e fotocura de resinas epóxi através da Espectroscopia Fotoacústica. Nos experimentos, foram utilizados dois tipos de resinas epóxi: A resina Epoxtec 331, com o endurecedor DER 24, e a resina fotocurada EBECRYL 3720-TP25, com o fotoiniciador OMNIRAD 808. Foram utilizados dois modelos de células fotoacústicas: uma baseada na técnica de diferença de fase dos dois feixes (T2F); e outra convencional. São apresentadas as montagens experimentais desenvolvidas para os monitoramentos da cura e fotocura das resinas. O estudo foi realizado monitorando o sinal fotoacústico fazendo varredura em comprimentos de onda. Também foi monitorado o sinal fotoacústico em função do tempo durante as curas e fotocuras. Foi estudado o efeito de luz saturante, não modulada, nos processos de fotocura. Tanto a amplitude quanto a fase do sinal fotoacústico revelaram-se boas ferramentas para o monitoramento proposto. Apesar de muitos dos efeitos encontrados, nos estudos realizados, ainda não terem explicação, o presente trabalho mostrou a potencialidade da espectroscopia fotoacústica para esta área de pesquisa. / In this work it was proposed the monitoring of the cure and photocuring of epoxy resins by Photoacoustic Spectroscopy. In the experiments, two types of epoxy resins were used: the resin Epoxtec 331,with the hardener DER 24; and the resin EBECRYL 3720 - TP25, with the photoinitiator 808 OMNIRAD. Two models of Photoacoustic cell were used: one based on two-beam phase-lag technique (T2F); and a conventional one. The developed set-ups for monitoring of cure and photocuring of epoxy resins are presented. The study was carried out with monitoring the photoacoustic signal on the wavelengths scan. Also the photoacoustic signal as a function of time was observed during the cure and photocuring. The effect of unmodulated saturating light was studied in the processes of photocuring. Both the amplitude and the phase of the photoacoustic signal proved to be good tools for the proposed monitoring. Although many of the effects found in these studies have not yet been explained, the present study showed the potential of photoacoustic spectroscopy to this area of research.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The wide distribution of books to public schools of basic education under the National Textbook Program (PNLD) kept the Textbook (LD) as an important topic in research related to education over the past decades. In this program, it is up for the teachers to choose the textbooks which will be used in schools. However, many studies of the area have pointed out problems in the process and highlighting the need to discuss it in teacher education. Thus, the present study aims to investigate how to support future Physics teachers to carry out the analysis and choice of LD. In order to achieve this goal, journals and conferences concerning teaching were surveyed to investigate the possible contributions that these publications could present. Results show that research focuses on the analysis of conceptual aspects of textbooks and that there are virtually no records of propositional actions or discussions that can directly contribute to teacher training. In this context, the present investigation focused on designing, implementing and evaluating a didactic proposal that considers different dimensions associated with science as a starting point for evaluating textbooks. The proposal was implemented within the students of the Physics subproject of the Institutional Introduction to Teaching Scholarship Program (PIBID) of Federal University of Santa Maria. Taking the historical and philosophical, empirical and technological dimensions into account, it was proposed to the students an analysis of the contents of Optics in the textbooks approved by PNLD in 2015. To execute this, scripts were formulated from teaching research results. Data collection was performed by means of the participants' written records, which for each analyzed dimension were constituted by reports of their analysis, their conclusions and a daily activities diary. Results showed that participants had significant advances both in relation to the review process, by overcoming mere verification and starting to argue about the analyzed aspects, and also in relation to the dimensions addressed as changes in strictly cumulative view of science, recognizing the need for experimental activities in a more open character and that technology has limited role in the collections. Furthermore, textbook analysis by the dimensions of science and its pedagogical aspects proved to be a way to articulate and promote further reflection. Thus, this approach showed itself to be a fruitful way to train more qualified teachers for the professional task of analysis and choice of textbooks. / A ampla distribuição de livros para as escolas públicas de educação básica no âmbito do Programa Nacional do Livro Didático (PNLD) manteve o Livro Didático (LD) como um importante tema nas pesquisas relacionadas ao ensino ao longo das últimas décadas. Nesse programa cabe aos professores escolher as obras didáticas que serão utilizadas nas escolas. No entanto, diversos trabalhos da área vêm apontando problemas nesse processo e evidenciando a necessidade de discuti-lo na formação de professores. Diante disso, o presente trabalho tem como objetivo investigar como se pode subsidiar futuros professores de Física para a realização da análise e escolha de LD. Para tanto foi realizado um levantamento em periódicos e eventos da área de ensino onde se investigou quais as possíveis contribuições que estas publicações poderiam apresentar. Constatou-se que as pesquisas centram-se na análise de aspectos conceituais em LD e que praticamente não há registros de proposições de ações ou discussões que possam contribuir diretamente com a formação docente. Nesse contexto a investigação centrou-se então em elaborar, implementar e avaliar uma proposta didática que considera diferentes dimensões associadas à ciência como ponto de partida para o processo de avaliação dos LD. A proposta foi implementada junto à bolsistas do subprojeto Física do Programa Institucional de Bolsas de Iniciação à Docência (PIBID) da Universidade Federal de Santa Maria. Tomando as dimensões histórico e filosófica, experimental e tecnológica foi proposta aos licenciandos a análise do conteúdo de ótica em coleções aprovadas no PNLD 2015. Para tanto foram compostos roteiros elaborados a partir de alguns resultados de pesquisa da área de ensino. A coleta de dados foi realizada mediante escritos dos participantes que para cada dimensão analisada compunham registros de suas análises, suas conclusões e um diário sobre as atividades. Os resultados evidenciam que os participantes tiveram avanços importantes tanto em relação ao processo de análise, superando a simples verificação e passando a argumentar sobre os aspectos analisados, quanto em relação às dimensões abordadas como alterações na visão estritamente cumulativa de ciência, reconhecimento da necessidade de atividades experimentais com caráter mais aberto e de que a tecnologia tem papel restrito nas coleções. Além disso, análise de LD mediante dimensões associadas à ciência e suas características pedagógicas se mostrou uma forma de se articular e promover uma maior reflexão sobre esses aspectos constituindo-se assim em um caminho possível para formar professores mais preparados para a tarefa profissional de análise e escolha de LD.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:15:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5177.pdf: 16843754 bytes, checksum: 0b2e8c0ee3f79df315d62b9151b7e100 (MD5) Previous issue date: 2013-04-12 / Universidade Federal de Minas Gerais / Avalanches are sudden dramatic phenomena that occur in nature. The technique of magneto-optical imaging (MOI) has allowed us to observe abrupt flux entrances in superconductors, the so-called ux avalanches, due to thermomagnetic instabilities in the vortex matter. Their morphology is fascinating, especially in superconducting thin films, where they develop in dendritic patterns. From a practical point of view, the flux avalanches undermine applications of superconducting thin films. In the last years, however, several steps have been reached to fully understand the fundamental physics of the phenomenon and also on how to suppress their occurrence. The present thesis deals with the study of flux avalanches in structured superconducting thin films. We have studied crystalline Nb and amorphous Mo79Ge21 thin films decorated with arrays of antidots (ADs or holes) produced by electron beam lithography. The magnetic response of these specimens has been investigated by means of MOI, dc magnetization and ac susceptibility. Firstly, we have established a link among those three techniques in the regime dominated by flux avalanches. We have observed that the reentrant behavior in the ac susceptibility at low temperatures occurs as a consequence of flux avalanches. Essentially, there is reuse of the channels created by the first ac cycle in a regime where the signal is weakly dependent on the temperature. Our results show that measurements of ac susceptibility versus ac field amplitude can be used to detect flux avalanches, since the signature of the flux avalanches appears as noisy curves of both ac susceptibility components. As a consequence, the critical current density as a function of temperature [Jc.T ] obtained by using the Bean model whose validity is assured by Cole-Cole plots is smooth for higher temperatures and, below a certain temperature onset, a non-smooth and noisy behavior takes place due to the avalanches. The temperature dependence of Jc.T,H was determined for different values of the applied magnetic field. The stability/instability frontier was then identified as the limiting temperature below which the curve Jc.T,H becomes noisy, indicating the occurrence of avalanches. Associated with this limiting temperature, the threshold critical current density to trigger avalanches is essentially independent of the magnetic field. This frontier corresponds to the upper threshold limit for the occurrence of avalanches. The effect in a thin film of a graded distribution of ADs which follows nearly the flux profile described by the Bean model has been studied. Compared to the uniform distribution, there is an increase of the critical current density at low fields. Moreover, viii the flux avalanches, highly induced by the presence of an array of ADs, have their activity reduced in temperature and magnetic field. For the first time, flux avalanches have been visualized in amorphous Mo79Ge21 thin film, both in plain and decorated thin films. Finally, we have investigated the influence of the lattice symmetry and AD geometry on the flux avalanche morphology. We have observed avalanches with the habit of forming trees where the trunk is parallel to the main axis of the square lattice and the branches form angles of 45 degrees. In addition to that, we have found an anisotropic penetration in a Nb thin film decorated with a square lattice of triangular ADs. Besides that, a sample having one half of the ADs in the form of squares, and the other half being circles, has been observed to present avalanches of different morphologies on each of its halves. We have also studied an a-MoGe thin film with a centered rectangular 2D Bravais lattice with square ADs which shows penetrations with different angles depending on the edge. The overall features of the avalanches, and in particular the 45-degree direction of the branches, have been confirmed by numerical simulations using the thermomagnetic model. Superconductivity, structured thin films, flux avalanches, magneto-optical imaging. / Avalanches são eventos repentinos e dramáticos que ocorrem na natureza. A técnica de imageamento por magneto-ótica (MOI) tem permitido visualizar a penetração abrupta de fluxo em supercondutores, as chamadas avalanches de fluxo, que ocorrem devido a instabilidades termomagnéticas na matéria de vórtices. A morfologia dessas avalanches de fluxo em filmes finos supercondutores prístinos é singular e se desenvolve de maneira dendrítica, isto é, com ramificações. Do ponto de vista prático, as avalanches de fluxo são prejudiciais para aplicações dos filmes finos supercondutores. Nos últimos anos, no entanto, tem-se alcançado um bom entendimento da física básica do fenômeno, bem como maneiras para suprimir essas avalanches. Esta tese trata do estudo de avalanches de fluxo em filmes finos com uma estrutura de defeitos. Para tal, usamos filmes finos cristalinos de Nb e amorfos da liga Mo79Ge21 decorados com arranjos de antidots (ADs), ou buracos, produzidos por litografia por feixe de elétrons. A resposta magnética desses filmes foi investigada através de MOI, magnetização dc e suscetibilidade ac. Na primeira parte dos resultados, uma conexão entre essas técnicas foi estabelecida no regime de avalanches de fluxo. Foi observado que o comportamento reentrante da suscetibilidade ac em baixas temperaturas ocorre devido `as avalanches de fluxo. Essencialmente, há o reuso dos caminhos ou canais criados pelo primeiro ciclo ac em um regime em que o sinal é fracamente dependente da temperatura. Esses resultados também mostraram que a suscetibilidade ac pode ser usada para detectar avalanches de fluxo, seja pela construção da curva de corrente critica dependente da temperatura Jc.T ou monitorando o ruído nas curvas do tipo Cole-Cole. Assim, a fronteira de instabilidades termomagnéticas/estabilidade foi construída variando-se o campo dc aplicado, tendo sido obtido, um limiar constante de Jc.T para o disparo das avalanches. Essa observação está de acordo com o modelo termomagnético e refere-se ao limite superior da ocorrência das avalanches de fluxo. Também foi estudado o efeito da inserção de um arranjo de antidots distribuídos de maneira gradiente, que segue aproximadamente a distribuição de fluxo descrita pelo Modelo de Bean. Comparada com uma distribuição uniforme, um aumento da densidade de corrente crítica foi observada para a região de baixos campos. Além disso, as avalanches de fluxo, que são altamente induzidas pela presença de ADs, apresentaram uma redução em sua ocorrência, tanto em magnitude do campo magnético aplicado quanto em temperatura. Pela primeira vez, foram observadas avalanches de fluxo em filmes finos amorfos de Mo79Ge21 com e sem uma rede de ADs. x Por fim, a influência da simetria da rede e da geometria do antidot na morfologia das avalanches de fluxo foi investigada. Para filmes finos decorados com uma rede quadrada de ADs quadrados, as avalanches têm o tronco paralelo ao eixo principal da rede de ADs, com ramificações em ângulos de 45 graus como em uma árvore de Natal. Além disso, penetrações abruptas anisotrópicas foram vistas em um filme fino de Nb decorado com uma rede quadrada de ADs triangulares. Uma mudança na morfologia das avalanches também foi observada em um filme com metade dos ADs quadrados e a outra metade circular. Também foram observadas penetrações com diferentes ângulos em uma rede retangular centrada de ADs quadrados dependendo da borda. Por fim, as características gerais das avalanches, em particular a de ramificações em 45 graus, foram confirmadas por simulações numéricas usando o modelo termomagnético.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:15:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseWFS.pdf: 4914051 bytes, checksum: 4550c1829eb7c8f4350da734e26556b4 (MD5) Previous issue date: 2004-11-17 / Universidade Federal de Minas Gerais / Diamond films grown by both hot filament (HFCVD) and microwave-plasma (MW-CVD) assisted chemical vapor deposition were investigated. Raman spectroscopy, scan- ning electron microscopy and X-ray di¤raction were employed in order to perform systematic studies about the crystalline quality and the phase purity of the films, as a function of the deposition temperature. It was found that both techniques produced diamond films of similarly good purity; however, the MWCVD produced films of higher crystalline quality. Changes in the shape of the Raman line were found to be due to both phonon confinement and residual stress. Photoluminescence (PL) measurements were employed in a detailed study of the origin of defects in the diamond films grown by MWCVD and HFCVD. The results showed evidence of optical centers induced by different impurities. The defects were captured by silicon and tungsten atoms incorporated, respectively, in the diamond lattice of films grown by MWCVD and HFCVD. Boron-doped diamond films were also studied using Raman and transport measurements. Boron incorporation induces disorder in the diamond structure, causes the appearance of a band observed at ~ 1220 cm-1, and provokes an effect in the Raman line of diamond that could be attributed to the Fano type interference. Resistivity as a function of the boron concentration - in association with the Raman spectra - and temperature dependent transport measurements were employed. The results showed that the variable range hopping mechanism (VRH) dominates the transport in these doped diamond films. / Filmes de diamante crescidos por deposição de vapor químico (CVD) assistido por filamento quente (HFCVD) e plasma de microondas (MWCVD) foram investigados. Espectroscopia Raman, microscopia eletrônica de varredura e difração de raios-X foram utilizadas para realizar estudos sistemáticos sobre a qualidade cristalina e a pureza de fase dos filmes, como função da temperatura de deposição. Ambas as técnicas produziram filmes de pureza similarmente boa. No entanto, a técnica de MWCVD foi a que forneceu maior qualidade cristalina. Mudanças na forma da linha Raman foram atribuídas tanto ao confinamento do fônon quanto ao estresse residual. Medidas de fotoluminescência (PL) foram realizadas em um estudo detalhado sobre a origem dos defeitos nos filmes de diamante crescidos por MWCVD e HFCVD. Os resultados mostraram evidências de centros ópticos induzidos por diferentes impurezas. Os defeitos foram aprisionados pela incorporação de átomos de silício e de tungstênio, respectivamente, na rede do diamante dos filmes crescidos por MWCVD e HFCVD. Filmes de diamante dopados com boro também foram estudados, usando medidas Raman e de transporte. A incorporação do boro induz desordem na rede do diamante, causando a aparecimento de banda Raman em ~ 1220 cm-1, e provoca efeito na linha Raman do diamante que pôde ser atribuído a uma interferência tipo-Fano. Medidas da resistividade em função da concentração de boro - em associação com os espectros Raman - e de transporte dependente da temperatura também foram realizadas. Os resultados mostraram que o mecanismo "hopping" de alcance variável (VRH) domina o transporte nesses filmes.