Acompanha: Produto educacional: uma proposta de sequência didática para tópicos de magnetismo e eletromagnetismo / CAPES / O objetivo deste trabalho foi estudar a aplicação de uma sequência didática pautada na atividade experimental por meio de uma abordagem investigativa com uma turma da 4ª Série do Ensino Técnico Integrado em informática de nível Médio, com uma faixa etária entre 15 e 17 anos de uma instituição de ensino da rede pública federal da cidade de Campo Mourão/PR. A implementação da proposta e posteriormente análise dos dados atendeu os pressupostos da pesquisa qualitativa. Com esse trabalho, constatou-se que os alunos traziam suas explicações para o fenômeno físico estudado as quais careciam de respaldo técnico e científico e, a partir do trabalho em grupo durante a implementação da proposta, possibilita a estes uma visão mais científica e menos simplista do conceito estudado. / The objective of this work was to study the application of a didactic sequence based on the experimental activity by an investigative approach with a group of the 4th grade students of an Integrated Technical Course in Computer Science, at age between 15 and 17 years old of a federal institution in Campo Mourão city / PR. The implementation of the proposal and later analysis of the data met the assumptions of the qualitative research. With this work, it was verified that the students brought their explanations for the physical phenomenon studied, which needed technical and scientific support and, the group work, during the implementation of the proposal, allows them a more scientific and less simplistic view of the concept studied.

O ensino de Física, geralmente, está desvinculado não apenas de outras disciplinas, mas também, de qualquer contexto que lhe possa dar significado. No entanto, segue diretrizes estaduais e nacionais que apontam para necessidade de interdisciplinaridade e contextualização. Assim, enfatiza-se a importância da utilização de várias estratégias para atingir alunos que aprendem de diversas maneiras: cinestésica, visual e auditiva. Sob essa perspectiva, o presente trabalho tem por objetivo principal, a partir do desenvolvimento de vários recursos didáticos, promover a aprendizagem significativa nos alunos. Para tanto, utilizaram-se várias ferramentas, tais como texto de apoio, atividades experimentais, novas tecnologias, mapas conceituais, diagramas V de Gowin e situações-problemas. Tais ferramentas foram utilizadas em cursos para professores, futuros professores de Física do Ensino Médio e, também, para pessoas que utilizam radiações ionizantes para tecidos biológicos em seu trabalho, usando, para tal, conceitos de Eletromagnetismo, Óptica e Física Moderna e Contemporânea na área de Física aplicada à Medicina. Através de análise qualitativa e quantitativa, verificamos se tais recursos tiveram algum impacto positivo, no sentido de perceber se houve indícios de aprendizagem significativa junto aos alunos do curso. Para alcançar os objetivos propostos, na metodologia, foram seguidas as seguintes etapas: 1º) extensa revisão bibliográfica em periódicos CAPES A1, A2 e B1 de 2000 á 2009; 2º) estudo de materiais alternativos para a confecção dos recursos a serem utilizados ao longo do curso; 3º) elaboração de sugestões de atividades educacionais; 4º) organização de entrevistas semiestruturadas, pré-testes e pós-testes; 5º) aplicação do curso, 6º) aplicação das entrevistas, dos pré-testes e pós-testes; 7º) análise dos dados, 8º) melhoria do curso; 9º) reaplicação do curso, 10º) reaplicação das entrevistas, dos pré-testes e pós-testes e 11º) análise dos dados para verificar presença de indícios de aprendizagem significativa; 12º) comparação entre os grupos estudados para buscar indícios de qual seria a melhor forma de ensinar tais conteúdos. Em todas as etapas, foram utilizadas a Teoria de Aprendizagem Significativa de Ausubel (2002), a Teoria de Aprendizagem Significativa Crítica de Moreira (2005) e a Teoria dos Campos Conceituais de Vergnaud (1990). No texto de apoio e na análise de dados, além das teorias de aprendizagem mencionadas, também serviu de referencial teórico a epistemologia de Toulmin (1977). O curso foi aplicado em quatro oportunidades distintas. Dentre outros aspectos a pesquisa permite sugerir: o ensino de Física aplicado na Medicina constitui, ainda, uma área pouco investigada; poucas propostas didáticas têm sido implementadas e avaliadas; os conhecimentos prévios são pouco investigados na Física aplicada à Medicina; o fator tempo parece ser relevante na aprendizagem; é fundamental oferecer feedback aos alunos, em relação a seus erros e acertos; as metodologias diferenciadas facilitam o surgimento de indícios de aprendizagem significativa; o uso de simulações computacionais, juntamente com atividades experimentais facilita a aprendizagem significativa; mostra-se importante a existência de questões orientadoras para o desenvolvimento das simulações computacionais; o professor precisa explicar o conteúdo antes de realizar as leituras orientadas e os estudos em grupo; quanto mais detalhado é o material, maiores são os indícios de aprendizagem significativa. / The teaching of physics is, in general, not only disconnected from the teaching of other disciplines but also from any context that could make it meaningful. However, it complies with state and national guidelines that point to the need of being interdisciplinary and contextualized. Thus, we emphasize here the importance of using multiple strategies to reach all of the students with their different ways of learning: kinesthetically, visually and audibly. In this perspective, this research aims, mainly from the construction of many teaching resources, at promoting students’ meaningful learning. With this purpose, we used several tools, such as a supporting text, experimental activities, new technologies, concept maps, Gowin’s V diagrams, and problem-situations. Such tools were used in courses for teachers, future teachers, and for people who use ionizing radiation for biological tissues at their work, using concepts of Electromagnetism, Optics, Modern and Contemporary Physics, in the area of Physics Applied to Medicine. Through qualitative and quantitative analysis, we analyzed whether there was any evidence of meaningful learning among the participants of the courses. To achieve the proposed objectives, in our research methodology, we proceeded in accordance to the following steps: 1) an extensive literature review in periodicals CAPES A1, A2 and B1, from 2000 to 2009; 2) the study of alternative materials for the development of materials to be used in the course; 3) the suggestions of educational activities; 4) organization of interviews, pre-tests and post-tests; 5) application of the course; 6) application of the interviews, pre-tests and post-tests; 7) data analysis; 8) course improvement; 9) re-application of the course; 10) reapplication of the interviews, pre-tests and post-tests; 11) data analysis to look for evidence of meaningful learning; 12) comparison between groups to seek any evidence for what could be the best way to teach such content. At all stages of the experiment, we used the theory of Meaningful Learning of Ausubel (2002), the theory of Critical Meaningful Learning of Moreira (2005), the theory of Conceptual Fields of Vergnaud (1990). In the supporting text and data analysis, we also used Toulmin's epistemology (1977). The course was applied in four different moments. Research findings, among other things, suggest that: the teaching of physics applied to medicine is an area that has been scarcely researched; only a few didactic proposals have been implemented and evaluated; alternative conceptions have been poorly investigated in Physics Applied to Medicine; time seems to be an important element in learning; it has been essential to offer students some feedback related to their mistakes and successes; the use of different methodologies might facilitate the emergence of evidence for meaningful learning; the use of computer simulations, along with some experiments might facilitate meaningful learning; it seems to be relevant to have guiding questions when using computer simulations; the teacher should explain the content before making any guided readings and group studies; the more detailed the material, the more evidences we might have for meaningful learning.

Neste trabalho estudamos as propriedades dielétricas de plasmas inomogêneos, com ênfase na análise dos efeitos de inomogeneidades sobre a absorção de ondas eletromagnéticas em plasmas portadores de corrente. Inicialmente, apresentamos uma revisão sobre alguns aspectos básicos relacionados com a propagação e absorção de ondas eletromagnéticas em um plasma; nesta revisão discutimos alguns aspectos da literatura disponível sobre o tratamento da relação de dispersão em plasmas inomogêneos e sobre a obtenção do tensor dielétrico em meios inomogêneos. A seguir, utilizamos expressões gerais para as componentes do tensor dielétrico, obtidas da literatura, e as particularizamos para o caso de ondas de alta freqüência propagando-se em um plasma caracterizado por uma corrente na distribuição eletrônica, ao longo da direção do campo magnético. Realizamos então uma análise numérica com o objetivo de estudar a influência dos parâmetros do plasma e seus gradientes sobre o coeficiente de absorção de ondas eletromagnéticas de alta freqüência, propagando-se perpendicularmente ao campo magnético externo. Estudamos também os efeitos da inomogeneidade sobre a absorção de radiação de ciclotron em um plasma de tokamak, descrito de forma aproximada por uma lâmina de plasma com perfis espaciais para os parâmetros do plasma. Este cálculo não incluiu os efeitos da inomogeneidade no campo magnético, e mostrou que as inomogeneidades nos demais parâmetros não têm efeito significativo na absorção em tokamaks, ao menos para as situações de inomogeneidades suaves consideradas em nosso modelo. / In the present work we have studied the dielectric properties of inhomogeneous plasmas, emphasizing the analysis of inhomogeneity effects on the absorption of electromagnetic waves by current-carrying plasmas. Initially, we presented a review about some basic features related to propagation and absorption of electromagnetic waves in plasmas; in the review we discussed some topics from the available literature, about the treatment of the dispersion relation for inhomogeneous plasmas and about the procedures for derivation of the dielectric tensor for inhomogeneous plasmas. We have then utilized general expressions for the dielectric tensor components, obtained from the literature, in order to study the particular case of high-frequency waves propagating in a plasma featuring an electronic current along the direction of the magnetic field. A numerical analysis was then conducted, in order to study the influence of plasma parameters and their gradients on the absorption coefficient for high-frequency electromagnetic waves propagating perpendicularly to the ambient magnetic field. We have also studied the inhomogeneity effects on the absorption of electron cyciotron radiation by a tokamak plasma, with the tokamak described approximately by a plasma slab with spatial profiles for the plasma parameters. The study has not explicitly included the effects of magnetic field inhomogeneity, and it has shown that the gradients of other plasma parameters have no significant effect on the absorption by tokamak plasmas, at least in the case of smooth inhomogeneities considered in the model utilized.

O ensino de Física, geralmente, está desvinculado não apenas de outras disciplinas, mas também, de qualquer contexto que lhe possa dar significado. No entanto, segue diretrizes estaduais e nacionais que apontam para necessidade de interdisciplinaridade e contextualização. Assim, enfatiza-se a importância da utilização de várias estratégias para atingir alunos que aprendem de diversas maneiras: cinestésica, visual e auditiva. Sob essa perspectiva, o presente trabalho tem por objetivo principal, a partir do desenvolvimento de vários recursos didáticos, promover a aprendizagem significativa nos alunos. Para tanto, utilizaram-se várias ferramentas, tais como texto de apoio, atividades experimentais, novas tecnologias, mapas conceituais, diagramas V de Gowin e situações-problemas. Tais ferramentas foram utilizadas em cursos para professores, futuros professores de Física do Ensino Médio e, também, para pessoas que utilizam radiações ionizantes para tecidos biológicos em seu trabalho, usando, para tal, conceitos de Eletromagnetismo, Óptica e Física Moderna e Contemporânea na área de Física aplicada à Medicina. Através de análise qualitativa e quantitativa, verificamos se tais recursos tiveram algum impacto positivo, no sentido de perceber se houve indícios de aprendizagem significativa junto aos alunos do curso. Para alcançar os objetivos propostos, na metodologia, foram seguidas as seguintes etapas: 1º) extensa revisão bibliográfica em periódicos CAPES A1, A2 e B1 de 2000 á 2009; 2º) estudo de materiais alternativos para a confecção dos recursos a serem utilizados ao longo do curso; 3º) elaboração de sugestões de atividades educacionais; 4º) organização de entrevistas semiestruturadas, pré-testes e pós-testes; 5º) aplicação do curso, 6º) aplicação das entrevistas, dos pré-testes e pós-testes; 7º) análise dos dados, 8º) melhoria do curso; 9º) reaplicação do curso, 10º) reaplicação das entrevistas, dos pré-testes e pós-testes e 11º) análise dos dados para verificar presença de indícios de aprendizagem significativa; 12º) comparação entre os grupos estudados para buscar indícios de qual seria a melhor forma de ensinar tais conteúdos. Em todas as etapas, foram utilizadas a Teoria de Aprendizagem Significativa de Ausubel (2002), a Teoria de Aprendizagem Significativa Crítica de Moreira (2005) e a Teoria dos Campos Conceituais de Vergnaud (1990). No texto de apoio e na análise de dados, além das teorias de aprendizagem mencionadas, também serviu de referencial teórico a epistemologia de Toulmin (1977). O curso foi aplicado em quatro oportunidades distintas. Dentre outros aspectos a pesquisa permite sugerir: o ensino de Física aplicado na Medicina constitui, ainda, uma área pouco investigada; poucas propostas didáticas têm sido implementadas e avaliadas; os conhecimentos prévios são pouco investigados na Física aplicada à Medicina; o fator tempo parece ser relevante na aprendizagem; é fundamental oferecer feedback aos alunos, em relação a seus erros e acertos; as metodologias diferenciadas facilitam o surgimento de indícios de aprendizagem significativa; o uso de simulações computacionais, juntamente com atividades experimentais facilita a aprendizagem significativa; mostra-se importante a existência de questões orientadoras para o desenvolvimento das simulações computacionais; o professor precisa explicar o conteúdo antes de realizar as leituras orientadas e os estudos em grupo; quanto mais detalhado é o material, maiores são os indícios de aprendizagem significativa. / The teaching of physics is, in general, not only disconnected from the teaching of other disciplines but also from any context that could make it meaningful. However, it complies with state and national guidelines that point to the need of being interdisciplinary and contextualized. Thus, we emphasize here the importance of using multiple strategies to reach all of the students with their different ways of learning: kinesthetically, visually and audibly. In this perspective, this research aims, mainly from the construction of many teaching resources, at promoting students’ meaningful learning. With this purpose, we used several tools, such as a supporting text, experimental activities, new technologies, concept maps, Gowin’s V diagrams, and problem-situations. Such tools were used in courses for teachers, future teachers, and for people who use ionizing radiation for biological tissues at their work, using concepts of Electromagnetism, Optics, Modern and Contemporary Physics, in the area of Physics Applied to Medicine. Through qualitative and quantitative analysis, we analyzed whether there was any evidence of meaningful learning among the participants of the courses. To achieve the proposed objectives, in our research methodology, we proceeded in accordance to the following steps: 1) an extensive literature review in periodicals CAPES A1, A2 and B1, from 2000 to 2009; 2) the study of alternative materials for the development of materials to be used in the course; 3) the suggestions of educational activities; 4) organization of interviews, pre-tests and post-tests; 5) application of the course; 6) application of the interviews, pre-tests and post-tests; 7) data analysis; 8) course improvement; 9) re-application of the course; 10) reapplication of the interviews, pre-tests and post-tests; 11) data analysis to look for evidence of meaningful learning; 12) comparison between groups to seek any evidence for what could be the best way to teach such content. At all stages of the experiment, we used the theory of Meaningful Learning of Ausubel (2002), the theory of Critical Meaningful Learning of Moreira (2005), the theory of Conceptual Fields of Vergnaud (1990). In the supporting text and data analysis, we also used Toulmin's epistemology (1977). The course was applied in four different moments. Research findings, among other things, suggest that: the teaching of physics applied to medicine is an area that has been scarcely researched; only a few didactic proposals have been implemented and evaluated; alternative conceptions have been poorly investigated in Physics Applied to Medicine; time seems to be an important element in learning; it has been essential to offer students some feedback related to their mistakes and successes; the use of different methodologies might facilitate the emergence of evidence for meaningful learning; the use of computer simulations, along with some experiments might facilitate meaningful learning; it seems to be relevant to have guiding questions when using computer simulations; the teacher should explain the content before making any guided readings and group studies; the more detailed the material, the more evidences we might have for meaningful learning.

This work proposes the development of a technique to growth of single crystals through metallic flux technique at the Sergipe State. Besides, the system YxGd1-xIn3 (0 x 0.5 to pass of 0.10 % ) has been obtained via this technique and its structural and magnetic properties are studied. X-ray diffraction results have been performed in order to verify if the desired crystalline phase was obtained. The experimental results show that it has been grown with success. The magnetic characterization is carried out through magnetic susceptibility data as function of temperature (2 x 300 K) and magnetic field (??7 H 7T). The T-dependence of the magnetization shows a suppression of the magnetic ordering temperature with increasing of the yttrium concentration. The analyses of these experimental data show that the system presents magnetic frustration which is linked to the dilution effect introduced by the yttrium ion in the gadolinium site. The magnetization data as function of magnetic field carried out at 2 K show a usual behavior of a material with antiferromagnetic ordering. / Este trabalho propôs a implementação da técnica de crescimento de monocristais via fluxo metálico, na Universidade Federal de Sergipe (UFS) campus de itabaiana. Além disso, o sistema YxGd1-xIn3 (0 < x < 0.5 a passo de 0.10 % ) foi obtido através dessa técnica e as propriedades estruturais e magnéticas foram estudadas. Medidas de difração de raios X foram realizadas com o intuito de verificar o crescimento da fase cristalina desejada. Os dados mostraram que ela foi obtida com sucesso. A caracterização magnética foi feita através de medidas de susceptibilidades magnética em função da temperatura (2 < x < 300 K) e do campo magnético (-7 < H < 7T). As medidas de magnetização em função da temperatura mostraram uma supressão da temperatura de ordenamento magnético com o aumento da concentração de ítrio. As análises desses dados mostraram que o sistema apresenta frustração magnética que está ligado ao efeito de diluição introduzido pelo íon de ítrio no sitio do gadolínio. As medidas de magnetização em função do campo magnético realizadas a 2 K mostraram um comportamento típico de um material com ordenamento antiferromagnético.

Orientadores: Hugo Enrique Hernández-Figueroa, Marli de Freitas Gomes Hernández / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-17T00:31:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Freitas_IgorJoseFerreirade_M.pdf: 3550643 bytes, checksum: 47f42ac96909895e588fe72ae8cc8449 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Este trabalho tem por objetivo desenvolver os estágios de Pré e Pós-processamento de um pacote de simulação eletromagnética, batizado de SSAR-BR, e também de um ambiente de grades computacionais que permitirá a resolução de problemas eletromagnéticos de grande porte. O estágio de processamento já foi desenvolvido como parte de uma tese de doutorado pertencente ao grupo de pesquisa deste departamento e se baseia no método das Diferenças Finitas no Domínio do Tempo (FDTD). O estágio de Pré-Processamento envolve um modelador básico de duas e três dimensões para modelagem geométrica de dispositivos de telecomunicações (fontes radiantes, terminais móveis e antenas) e modelos biológicos (partes do corpo humano e cobaias). O estágio de Pós-Processamento, por outro lado, permite visualizar os resultados das simulações eletromagnéticas executadas, através de gráficos em duas e três dimensões. Estes dois estágios já foram desenvolvidos nas linguagens Java e OpenGL. O ambiente computacional paralelo está baseado no conceito de Grade Computacional (do inglês Grid), isto é, numa infra-estrutura de software e hardware que visa à integração de recursos computacionais geograficamente dispersos, interconectados através de uma rede, com o objetivo de compartilhar tais recursos sob determinadas políticas de acesso, formando um ambiente computacional escalável, de baixo custo e de alto desempenho. A camada de software localizada entre a aplicação do usuário e o sistema operacional responsável por controlar o acesso aos recursos da Grade Computacional, é chamada de middleware. O middleware adotado é o UNICORE 6, que se caracteriza por fornecer acesso aos recursos da Grade Computacional de forma transparente e segura, seguindo padrões abertos definidos pela comunidade OGF (Open Grid Forum / Abstract: The aim of this work is to develop the Pre and Post-Processing stages from an electromagnetic simulation suite, called SSAR-BR, and also a grid computational environment, which permits the execution of large electromagnetic problems. The processing stage, based in the Finite Difference Time Domain (FDTD) method, has been already developed as part of a doctorate thesis made by a researcher from this department. The Pre-processing stage involves a fundamental modeling tool capable to model telecommunications devices (radiant sources, mobile terminals and antennas) and biological models (human body parts and guinea-pig). On the other hand, the Post-Processing stage permits visualizing the electromagnetic simulations results in a two and three dimensions way. Both stages were developed in Java and OpenGL languages. The parallel computational environment is based on Grid Computing paradigm which consists in software and hardware infra-structure that integrates dispersed computational resources interconnected across a network. Its purpose is to share such resources under an access control policy and establishing a scalable, low-cost and high performance computational environment. The middleware is the layer between the user and operation systems responsible to manage the Grid resources and, for this work, the UNICORE 6 was adopted. The mainly reasons were its safe and transparent access to the distributed environment and, most important, it follows the open patterns from OGF (Open Grid Forum) community / Mestrado / Telecomunicações e Telemática / Mestre em Engenharia Elétrica

This work presents a methodology to extract and evaluate signals in functional magnetic resonance imaging (fMRI) in the temporal dimension. It is assumed that it is possible to separate the signals from brain activations of a given protocol of other signals such as breathing, heartbeat, involuntary eye movements, and others. This paper proposes a methodological way, get through simulated and controlled measure the efficiency of the Model of Independent Component Analysis (ACI) for fMRI images to separate these signals experiments. To validate the experiments it was necessary to generate simulated data. The data generated were formed for three (3) signs that did not have a Gaussian distribution, in an array of temporal dimension 80 x 80 x 64. Within this set of signs have been added three (3) signal blocks of size 5 x 5 x 64 that simulated activations of FRH protocols. After this process, an array of mixture was added so that the signals could not be identified. Only after the data gave mixed-if the process of completing the pre-processing with the bleaching and centering of the variables to the model following ACI was performed to separate the signals that were mixed, thereby finding the estimated component signals. Different amounts of Gaussian signals were added until no more would be possible to extract the component which would correspond to a signal FRH testing the theory that ACI has efficiency in extracting components of non-Gaussian data. The model was run in real signals, where a volunteer performing a hearing protocol, the results data of each slice extracted resonance are evident throughout this work, in some slices was possible to extract the expected component with a degree of correlation between the acceptable component and signal protocol FRH, as in other slices could not perform the extraction of these signals. As a final result a statistical correlation map for each slice resulting from the estimated component and the raw data was generated, the signals were evaluated on the assumption of acceptance only to greater than 0.72 correlation with statistical significance at 95% confidence. / Este trabalho apresenta uma metodologia para extrair e avaliar sinais em imagens de ressonância magnética funcional (fMRI) na dimensão temporal. Assume-se que é possível separar os sinais de ativações cerebrais de um determinado protocolo dos demais sinais como respiração, batimentos cardíacos, movimentos involuntários dos olhos e outros. Este trabalho propõe de forma metodológica, buscar através de experimentos simulados e controlados medir a eficiência do Modelo de Análise de Componentes Independentes (ACI) em imagens de fMRI para separar esses sinais. Para validar os experimentos foi necessário gerar dados simulados. Os dados gerados foram formados por 3 (três) sinais que não possuíam distribuição gaussiana, em uma matriz temporal de dimensão 80 x 80 x 64. Dentro desse conjunto de sinais foram adicionados 3 (três) blocos de sinais de dimensão 5 x 5 x 64 que simulavam ativações de protocolos da FRH. Após esse processo uma matriz de mistura foi adicionada para que os sinais não pudessem ser identificados. Somente após os dados misturados deu-se o processo da realização do pré-processamento, com a centralização e o branqueamento das variáveis, para que na sequência o modelo de ACI fosse executado para separar os sinais que estavam misturados, encontrando assim as componentes estimadas dos sinais. Foram adicionadas diferentes quantidades de sinais gaussianos, até que não mais fosse possível extrair a componente que teria um sinal que correspondesse a FRH, testando a teoria de que ACI tem eficiência em extrair componentes de dados não gaussianas. O modelo foi executado em sinais reais, onde um voluntário executava um protocolo auditivo, os dados dos resultados de cada fatia extraída da ressonância estão evidenciados ao longo deste trabalho, em algumas fatias foi possível extrair a componente esperada com um grau de correlação aceitável entre a componente e o sinal do protocolo da FRH, já em outras fatias não foi possível realizar a extração desses sinais. Como resultado final foi gerado um mapa estatístico de correlação para cada fatia, resultante entre a componente estimada e os dados brutos, os sinais foram avaliados sobre a hipótese de aceitação apenas para correlação maior que 0,72 com significância estatística de 95% de confiança.

Fundação de Apoio a Pesquisa e à Inovação Tecnológica do Estado de Sergipe - FAPITEC/SE / The RMnO3 (R=Y,Lu) compounds, members of the family of hexagonal manganites, are materials which exhibit strong magneto-electric coupling characteristic for multiferroic compounds. Despite the numerous studies with objective to reveal the origin of this phenomenon, the mechanism that is causing it is still not fully understood. The question that attracts special attention of scientific community is about the cause of ferroelectric distortion that occurs at certain temperatures in these materials. Although this issue is discussed in many papers, there is still no consensus what mechanism is responsible for it: (1) hybridization between the Mn dz2 orbital and O pz orbital (Mn d0 –ness model), (2) hybridization between the R dz2 orbital and O pz orbital (R d0 –ness model), (3) geometric effects or (4) charge transfer from Mn-O bonds to R-O bonds. Understanding of the mechanism that leads to ferroelectric polarization is necessary to speed application of these materials in ferroelectric memories or spintronics devices. Objective of the present work was to evaluate the first two possible mechanisms that might cause the ferroelectric distortion in RMnO3. Adopted strategy was to investigate what happens with the Mn-O and R-O chemical bonds after the structural phase transition from paraelectric to ferroelectric phase that occurs at high temperature, at which both phases are characterized by paramagnetic order of the Mn magnetic moments. For that purpose, the first-principles calculations based on density functional theory were carried on, with usage of the most modern exchange-correlation potentials. The chemical bonds were evaluated (1) qualitatively, by analysis of density of electronic states (DOS) and maps of electronic density along the bonds, and (2) quantitatively, in terms of topological analysis of Bader. The results revealed that no significant change occurred with Mn-O bonds, while the R-O bonds were affected by phase transition in the sense that R dz2 and O pz orbital exhibited enhanced hybridization in the ferroelectric phase. Therefore, the present study substantiates the R d0 –ness mechanism as the probable cause of ferroelectric distortions in RMnO3 compounds. / The RMnO3 (R=Y,Lu) compounds, members of the family of hexagonal manganites, are materials which exhibit strong magneto-electric coupling characteristic for multiferroic compounds. Despite the numerous studies with objective to reveal the origin of this phenomenon, the mechanism that is causing it is still not fully understood. The question that attracts special attention of scientific community is about the cause of ferroelectric distortion that occurs at certain temperatures in these materials. Although this issue is discussed in many papers, there is still no consensus what mechanism is responsible for it: (1) hybridization between the Mn dz2 orbital and O pz orbital (Mn d0 –ness model), (2) hybridization between the R dz2 orbital and O pz orbital (R d0 –ness model), (3) geometric effects or (4) charge transfer from Mn-O bonds to R-O bonds. Understanding of the mechanism that leads to ferroelectric polarization is necessary to speed application of these materials in ferroelectric memories or spintronics devices. Objective of the present work was to evaluate the first two possible mechanisms that might cause the ferroelectric distortion in RMnO3. Adopted strategy was to investigate what happens with the Mn-O and R-O chemical bonds after the structural phase transition from paraelectric to ferroelectric phase that occurs at high temperature, at which both phases are characterized by paramagnetic order of the Mn magnetic moments. For that purpose, the first-principles calculations based on density functional theory were carried on, with usage of the most modern exchange-correlation potentials. The chemical bonds were evaluated (1) qualitatively, by analysis of density of electronic states (DOS) and maps of electronic density along the bonds, and (2) quantitatively, in terms of topological analysis of Bader. The results revealed that no significant change occurred with Mn-O bonds, while the R-O bonds were affected by phase transition in the sense that R dz2 and O pz orbital exhibited enhanced hybridization in the ferroelectric phase. Therefore, the present study substantiates the R d0 –ness mechanism as the probable cause of ferroelectric distortions in RMnO3 compounds.

FundaÃÃo Cearense de Apoio ao Desenvolvimento Cientifico e TecnolÃgico / CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Duas contribuiÃÃes caracteristicamente distintas, nÃo obstante correlacionÃveis num mesmo sistema de telecomunicaÃÃo, sÃo apresentadas. A primeira versa sobre antenas ressoadoras constituÃdas por novas cerÃmicas dielÃtricas à base de Fe2O3. Os materiais desenvolvidos foram caracterizados na faixa de micro-ondas. Tratam-se de dielÃtricos com baixa permissividade relativa, baixa tangente de perda, e, no caso das amostras monofÃsicas, com coeficiente de temperatura na frequÃncia de ressonÃncia negativo. Posteriormente, as antenas ressoadoras dielÃtricas de geometria cilÃndrica (CDRAs) suportadas em plano de terra retangular e alimentadas por sonda monopolar sÃo analisadas segundo critÃrios de desempenho de irradiaÃÃo, quais sejam: frequÃncia de ressonÃncia, impedÃncia de entrada, largura de banda e padrÃes de irradiaÃÃo. AlÃm de experimentaÃÃo, o seu estudo envolveu procedimento computacional, no que foi promovida a comparaÃÃo de resultados. O mÃtodo dos elementos finitos, no qual està baseado o programa comercial empregado, foi utilizado para anÃlise destas antenas. Resulta que para maiores valores de permissividade relativa de uma amostra, menores sÃo a frequÃncia em que a mesma ressoa e a sua largura de banda. Ainda, foi observado satisfatÃrio casamento de impedÃncia e padrÃes de irradiaÃÃo "broadside", o que candidata os novos materiais desenvolvidos a esta importante aplicaÃÃo. Adicionalmente, mediante empilhamento dos protÃtipos monofÃsicos examinados, foi verificada a remodelagem da largura de banda em relaÃÃo Ãs contrapartidas individuais, provavelmente devido à excitaÃÃo de modos de ordem elevada das CDRAs. A segunda contribuiÃÃo està enfocada no contexto dos guias de ondas dielÃtricos operando em frequÃncias Ãpticas. Neste cenÃrio, sÃo investigados acopladores refletores de Bragg a fibra (FBGCs), estruturas resultantes da combinaÃÃo de dois dispositivos reconhecidamente versÃteis e de ampla aplicaÃÃo: redes de Bragg e acopladores direcionais. Foram apreciados dois estudos de caso numÃricos nos quais se fez promover a interaÃÃo de sinais Ãpticos com as estruturas propostas. Na medida em que descreve com satisfatÃria precisÃo as propriedades Ãpticas dos dispositivos de interesse, o modelo matemÃtico empregado à baseado na teoria dos modos acoplados. O tratamento numÃrico à realizado mediante codificaÃÃo, em linguagem de programaÃÃo FORTRAN, de um algoritmo preditivo-corretor. Considerando regimes pulsados em termos da potÃncia operacional, o problema foi analisado no domÃnio da frequÃncia e, sobretudo, no domÃnio do tempo. Em condiÃÃes especÃficas, a possibilidade de realizaÃÃo da extraÃÃo, reconfiguraÃÃo e comutaÃÃo de pulsos, exemplos de funÃÃes essenciais ao processamento totalmente Ãptico, reforÃam a importÃncia de tais estruturas hÃbridas. / Two heterogeneous contributions to modern communication systems â although fully possible to be correlated â are presented. The first one deals with resonant antennas consisting of new dielectric ceramics based on Fe2O3. These materials characterized at microwave frequency range possess low relative permittivity, low loss tangent and, concerned with the monophasic samples, negative temperature coefficient of resonant frequency. Subsequently, the cylindrical dielectric resonator antennas (CDRAs) supported on rectangular ground plane and fed by monopole are analyzed according to the following radiation performance criteria: resonant frequency, input impedance, bandwidth and radiation patterns. Besides experimentation, the study involved computational procedure, so that the results of both can be compared. A commercial software based on the finite element method was employed to examine the CDRAs. It follows that as higher is the permittivity of a material, the lower are the frequency at which it resonates as well as its bandwidth. Satisfactory impedance matching and broadside radiation patterns are observed, what enables the materials investigated to this relevant application. Additionally, the stacking of the monophasic CDRAs prototypes resulted in bandwidth enhancement, presumably due to their excited high order modes. The second contribution focuses on dielectric waveguides operating at optical frequencies, being fiber Bragg grating couplers (FBGCs) investigated in this scenario. Indeed, they result from a combination of two versatile and widely applied devices: fiber Bragg gratings and directional couplers. Two numerical case studies related to the interaction between optical signals and structures were performed. The theoretical model observed is based on the coupled mode theory since it provides a satisfactorily accurate description of the devices optical properties. By the way, the theoretical model is coded in FORTRAN programming language according to a predictor-corrector algorithm. In terms of operational power levels, analyses are carried out in frequency and (mainly) time domains. Under specific conditions, the capability of the extraction, reshaping and switching of pulses â examples of essential functions for all-optical processing â reinforces the importance of such hybrid structures.

Orientador: Andre Koch Torres de Assis / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-04T04:12:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Hernandes_JulioAkashi_D.pdf: 11255919 bytes, checksum: 8c053f16e5fd883058c7336bb38c3acc (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: No Capítulo 1 apresentamos uma introdução sobre os campos elétricos dentro e fora de condutores resistivos com corrente constante. Discutimos também a distribuição de cargas superficiais que mantém a corrente fluindo e sua relação com estes campos elétricos. São apresentados alguns experimentos relacionados com estes campos elétricos fora de condutores com corrente constante. A Parte I deste trabalho trata de condutores retos e compridos. No Capítulo 2 apresentamos o tratamento de um fio cilíndrico longo de seção reta circular conduzindo uma corrente estacionária, já conhecido na literatura. São apresentados alguns dos métodos que seguimos nos tratamentos dos problemas apresentados a seguir. O Capítulo 3 trata da força entre uma casca cilíndrica condutora infinita sem corrente e uma carga pontual próxima (dentro ou fora da casca), cuja solução é inédita na literatura. Esta força de ordem zero (eletrostática) complementa a análise da força de primeira ordem ( ou seja, proporcional à corrente ou à velocidade dos elétrons de condução) no caso do fio cilíndrico longo com corrente constante. No Capítulo 4 tratamos o problema inédito de um fio cilíndrico longo, ainda conduzindo uma corrente estacionária, mas agora com uma bateria colocada no centro. Nosso objetivo aqui é estudar o comportamento dos campos e das cargas superficiais próximas à bateria. O Capítulo 5 apresenta o problema conhecido na literatura de placas retas conduzindo correntes estacionárias. Este problema foi tratado por este mesmo autor durante sua dissertação de mestrado. O comportamento dos campos e das cargas superficiais próximas a uma bateria no problema de condutores em forma de placas é abordado no Capítulo 6. Este também é um problema inédito na literatura, análogo ao problema tratado no Capítulo 4. No Capítulo 7 generalizamos o problema das placas com corrente constante utilizando agora uma fita de largura finita. Para resolver este problema inédito utilizamos coordenadas elíptico-cilíndricas. Com este caso encerramos nosso tratamento de problemas onde os condutores são retos e compridos, conduzindo correntes na direção longitudinal. Na Parte II tratamos de condutores curvos conduzindo correntes constantes na direção azimutal. Estes problemas são importantes porque representam uma classe de circuitos elétricos em que a corrente percorre um caminho fechado finito. O Capítulo 8 apresenta o problema conhecido na literatura de uma casca cilíndrica condutora de comprimento infinito conduzindo uma corrente estacionária na direção azimutal. Há uma bateria em forma de linha, paralela ao eixo da casca. Esta geometria tem solução bastante simples com forma analítica fechada para o potencial, para o campo elétrico e para as cargas superficiais, embora o cilindro tenha comprimento infinito. O Capítulo 9 apresenta o tratamento inédito para uma casca esférica resistiva conduzindo uma corrente estacionária. Neste caso, a bateria tem a forma de um segmento de linha (um meridiano da esfera). O problema mais complexo de um toróide condutor conduzindo uma corrente constante na direção azimutal, também novo na literatura, é apresentado no Capítulo 10. Estes dois problemas, da casca esférica e do toróide, representam duas situações onde não há infinitos na geometria nem na condutividade, sendo que a corrente está confinada em um espaço finito. Mesmo abateria está incluída no sistema, de modo que se obtém naturalmente o comportamento esperado dos campos e das cargas superficiais próximas a ela. Na Parte III fazemos uma discussão sobre os problemas tratados. Demonstramos que para todos os casos analisados existe um campo elétrico fora dos condutores com corrente constante e obtemos sua expressão analítica. Os comportamentos em todos os casos em que a bateria está presente foram encontrados de acordo com o esperado. As comparações que fizemos com experimentos da literatura mostraram que nossos resultados teóricos são razoáveis e coerentes / Abstract: In Chapter 1 we present an introduction about the electric field inside and outside resistive conductors carrying steady currents. We also discuss the distribution of surface charges that maintains the current fiow and its relation with these electric fields. We present some experiments related with these electric fields outside conductors with steady current. Part I of this work deals with long straight conductors. In Chapter 2 we present the treatment of a long cylindrical wire of circular cross section conducting a steady current, already known in the literature. We present some of the methods that we employ in the problems that follow. Chapter 3 deals with the force between an infinite cylindrical conducting shell without current and a point charge close by (inside or outside the shell). This solution is new in the literature. This force of zeroth order (electrostatics) complements the analysis of the first order force (i.e., proportional to the current or to the drifting velocity of the conduction electrons) in the case of the long cylindrical wire with steady current. Chapter 4 deals with the new problem of a long straight wire, still with a steady current, but now with a battery in the middle. Our objective here is to study the behaviour of the fields and of the surface charges near the battery. Chapter 5 presents the known problem of straight plates conducting steady currents. This problem was dealt with by the present author during his Master's Degree. The behaviour of the fields and of the surface charges near the battery in the problem of conductors in the shape of plates is approached in Chapter 6. This is also a new problem in the literature, analogous to the problem treated in Chapter 4. In Chapter 7 we generalize the problem of plates with steady currents utilizing now a strip of finite width. To solve this new problem we utilize elliptic-cylindrical coordinates. With this case we finish our treatment of problems of long and straight conductors, carrying currents in the longitudinal direction. In Part II we treat curved conductors with steady currents in the azimuthal direction. These problems are important because they represent a class of electric circuits in which the current fiows over a closed finite path. Chapter 8 presents the known problem of a conducting cylindrical shell of infinite length carrying a steady current in the azimuthal direction. There is a battery in the shape of aline, parallel to the axis of the shell. This geometry yields a very simple solution with a closed analytical form for the potential, electric field and surface charges, although the cylinder has an infinite length. Chapter 9 presents the new treatment of a resistive spherical shell with a steady current. In this case, the battery has the shape of a segment of line ( a meridian of the sphere). The more complex problem of a conducting toroid with a steady current in the azimuthal direction, also new in the literature, is presented in Chapter 10. These two problems, about the spherical shell and the toroid, represent two situations where there are no infinities in the geometry nor in the conductivity, while the current is confined in a finite space Even the battery is included in the system, so that we obtain naturally the expected behaviour of the fields and of the surface charges near the battery. In Part III we present a discussion of the problems treated here. We demonstrate that for all the analysed cases there is an electric field outside the conductors with steady currents and we obtain their expressions analytically. The behaviours of all cases in which the battery was present were found according to our expectations. The comparisons that we made with experiments of the literature showed that our theoretical results are reasonable and coherent / Doutorado / Física / Doutor em Ciências