O trabalho apresentado nesta dissertação foi motivado essencialmente pelo projeto de construção de um novo instrumento a ser instalado no telescópio SOAR, no Chile. Este instrumento, chamado de \\textit{Brazilian Tunable Filter Imager} - BTFI, conta com várias novidades dentro da área de instrumentação astronômica. Uma delas envolve a utilização de duas redes de difração em série de modo a atuarem como um filtro espectral com uma resolução mais baixa. Aqui é mostrado o estudo realizado envolvendo dois diferentes modelos encontrados na literatura para simular numericamente a eficiência destas redes. Com estas simulações foi possível escolher um conjunto de redes a serem utilizadas no instrumento visando cobrir todo o espectro óptico com diferentes resoluções espectrais. Outra ferramenta estudada foi o filtro espectral do tipo Fabry-Pérot. Partindo de uma revisão teórica de interferência de raios múltiplos, apresenta-se também algumas características encontradas nos cubos de dados obtidos ao fazer uso de filtros deste tipo. Por fim, é descrito o software que foi criado buscando fornecer cubos de dados sintéticos para o desenvolvimento de novos pacotes numéricos para trabalhar com dados obtidos com um interferômetro Fabry-Pérot, além de auxiliar na compreensão de obtenção destes cubos. / The work presented in this dissertation was motivated primarily by the construction project of a new instrument to be installed on the SOAR telescope in Chile. This instrument, called \\textit {Brazilian Tunable Filter Imager} - BTFI, features several innovations within the area of astronomical instrumentation. One of them involves the use of two diffraction gratings in series in order to act as a spectral filter with a lower resolution. It is shown here the study involving two different models found in the literature to simulate the efficiency of these gratings. With these simulations it was possible to choose a set of gratings to be used in the instrument in order to cover the entire optical spectrum with different spectral resolutions. Another tool studied was the filter spectral type Fabry-Pérot. Starting from a theoretical review of interference of multiple beams, it is presented some features found in the data cubes obtained by making use of filters of this type. Finally, we describe the software that was created to provide synthetic data cubes for developing new packages for working with numerical data obtained with a Fabry-Perot interferometer, in addition to helping to raise understanding of these cubes.

Estudar as propriedades físicas do solo envolve conhecer a umidade, o transporte de água e solutos, a densidade, a identificação da porosidade, o que é essencial para o crescimento de raízes das plantas. Para esses estudos, a tomografia de raios X tem se mostrado uma técnica útil. As imagens tomográficas são obtidas através de projeções (sinais) que são reconstruídos com algoritmos adequados. No processo de aquisição dessas projeções, podem surgir ruídos provenientes de diferentes fontes. O sinal tomográfico apresenta ruídos que possuem uma distribuição de Poisson gerada pela contagem de fótons, bem como o detector de fótons é influenciado por uma presença de ruído eletrônico com uma distribuição Gaussiana. Essas diferentes distribuições podem ser mapeadas com transformadas não lineares específicas que alteram uma distribuição Gaussiana para outros tipos de distribuições, como a de transformada de Anscombe (Poisson) ou transformada de Box-Muller (Uniforme), mas são aproximações que apresentam erros acumulativos. As transformadas podem ser então mapeadas por um sistema de redes neurais, o que garante um melhor resultado com o filtro de Kalman não linear em que os pesos da rede e as medidas das projeções são estimados em conjunto. Este trabalho apresenta uma nova solução com filtragem de Kalman descentralizada utilizando redes neurais artificiais embarcada em uma arquitetura reconfigurável com o intuito de obter se um valor ótimo de melhoria na relação Sinal/Ruído de projeções tomográficas e consequentemente nas imagens reconstruídas proporcionando melhorias para os métodos de análise dos físicos de solos agrícolas. / To study the physical properties of soil moisture involves knowing the transport of water and solutes, density, porosity identification, which is essential for the growth of plant roots. For these studies, X-ray tomography has been shown to be a useful technique. The tomographic images are obtained through projections (signals) that are reconstructed with appropriate algorithms. In the process of acquiring these projections, noise can arise from different sources. The tomographic signal is noisy which have a Poisson distribution generated by photon counting, and the photon detector is influenced by a presence of electronic noise with a Gaussian distribution. These different distributions can be mapped to specific nonlinear transformed altering a Gaussian distribution for other types of distributions, such as the Anscombe transform (Poisson) or Box-Muller transform (Uniform), but are approximations that have cumulative errors. Transforms can then be mapped by a neural network system, which ensures a better result with nonlinear Kalman filter in which the network weights and measures of the projections are estimated together. This work presents a new solution to the unscented Kalman filtering using artificial neural networks embedded in a reconfigurable architecture in order to obtain an optimum value of improvement in S/N ratio of tomographic projections and consequently the images reconstructed by providing improvements for the methods of physical parameters of the agricultural soils.

Este trabalho apresenta um novo tomógrafo de espalhamento de fótons por efeito Compton para estudos de solos agrícolas em ambiente de campo. O seu desenvolvimento está fundamentado na física computacional, em uma instrumentação nuclear avançada e nas técnicas do espalhamento Compton. O posicionamento lado a lado da fonte de raios X e do detector de estado sólido, operando em efeito Compton, viabiliza uma técnica não invasiva para aplicação direta em campo agrícola, não necessitando coleta de amostras e preservando as condições naturais do solo. Este tomógrafo Compton de campo possui um sistema de detecção baseado em fotodiodo de Silício (SDD - Silicon Drift Detector) com eficiência de detecção de 18,9% (@ 35 keV), módulo eletrônico de processamento de sinais de dimensões reduzidas (7,0x10,0x2,5 cm) e baixo consumo de energia elétrica (2,5 W). Outro aspecto relevante é a sua sonda de medida que viabiliza a coleta de projeções tomográficas, bem como o georeferenciamento que permite uma correta identificação da localização das análises. Resultados obtidos diretamente em um campo agrícola viabilizaram a obtenção de imagens tomográficas com resolução espacial 1x1 cm2, faixa de abordagem de 10x10 cm2, medidas densitométricas na faixa de 1,0 a 1,3 g/cm3 e energia de 37,8 keV, o que viabilizou medidas em profundidade de interesse agrícola. / This research presents a new tomograph scattering of photons by the Compton Effect for studies of agricultural soils in a field environment. Its development is based on computational physics, in an advanced nuclear instrumentation and techniques of Compton scattering. The side by side position of X-ray source and solid-state detector, operating in the Compton Effect, enables a noninvasive technique for direct application in the agricultural field, without sampling and preserving the natural soil conditions. This field Compton tomograph has a detection system based on Silicon photodiode (SDD Silicon Drift Detector) with detection efficiency of 18.9% (@ 35keV), electronic module of signal processing with reduced dimensions (7.0 x 10.0 x 2.5 cm) and low power consumption (2.5 W). Another relevant aspect is its measuring probe that enables the acquisition of tomographic projections and its georeferencing that allows a correct identification of the analysis location. Results obtained directly in agricultural field enabled the achievement of tomographic images with spatial resolution of 1x1cm2, range approach of 10x10 cm2, densitometric measurements in the range from 1.0 to 1.3 g/cm3 and energy of 37.8 keV, which enabled in-depth measures of agricultural interest.

A Frutalina é uma proteína tetramérica ligante de carboidratos obtida através de sementes Artocarpus incisa. Os interesses biomédicos da Frutalina estão em sua alta afnidade de ligação por carboidratos presentes em algumas células tumorais específicas. Até agora, nenhum estudo teórico computacional foi realizado para investigar as características de ligação da Frutalina. Neste trabalho, através de um estudo multidisciplinar, investigamos as propriedades de ligação e óticas da Frutalina com carboidratos. Utilizamos um modelo-corte teórico, considerando apenas o sítio ativo de ligação com o carboidrato construído com o auxílio de docking molecular e mecânica molecular clássica. As energias de ligação são obtidas através de uma abordagem quântica ab initio all electron, dentro da Teoria do Funcional da Densidade (DFT), no espaço recíproco que combina o método Projector Augmented Waves (PAW) e a dinâmica molecular de Car-Parrinello (CP). Uma metodologia Hartree-Fock (HF) semi-empírica é utilizada para obter as propriedades óticas. A investigação deste problema muito complexo pode ser dividido em seis etapas principais: a) estudamos as propriedades estruturais da proteína para avaliar a sua mobilidade e escolhemos um conjunto de dados de raios-X para descrever o sistema; b) aplicamos a técnica de docking molecular para ligar quatro carboidratos ( alfa-metil-D-galactose, beta-D-galactose, O1-metil-manose e alfa-metil-D-glucopiranose) na proteína; c) otimizamos a geometria do sistema lectina-carboidrato utilizando mecânica molecular clássica; d) criamos o modelo-corte ; e) investigamos as propriedades óticas utilizando HF; f) estudamos as propriedades eletrônicas do sistema proteína-carboidrato e calculamos energias de ligação através do cálculo DFT. O modelo aqui proposto, além de apresentar uma adequada concordância com dados experimentais, abre a possibilidade de investigar propriedades eletrônicas através de uma abordagem quântica estado da arte na área de estrutura eletrônica. / Frutalin is a tetrameric carbohydrate-binding protein obtained from breadfruit seeds. Biomedical interest on Frutalin comes from the high afinity exhibited by these molecules toward carbohydrates expressed by specific tumor cells. So far, no theoretical computational studies have been carried out to investigate the binding characteristics of frutalin, which is probably due to the large number of atoms that should be considered for in silicon calculations. We investigate the binding of frutalin and optical properties with specific carbohydrate molecules using a theoretical cutmodel considering only the carbohydrate binding site. This model has been constructed with the aid of molecular docking and classical molecular mechanics. We use the ab initio all electron reciprocal space Projector Augmented Waves (PAW) method and the Car-Parrinello scheme as embodied in the CP-PAW code to obtain the binding energies. To evaluate the optical properties, we employed the Hartree-Fock Semi-empirical ZINDO method from the Materials Studio 4.0 computational package. The investigation of this very complex problem can be divided into 6 main steps. Firstly, we study the structural properties of the protein to evaluate its mobility and we choose a x-ray data to describe reliably the system. In the second step, we performed molecular docking to link up four carbohydrates (alpha-methyl-D-galactoside, beta-D-galactoside, O1-methyl-mannose and methyl-alpha-D-glucopyranoside) in the protein. We optimize the geometry of the system lectin-carbohydrate using molecular mechanics in the third step. In the fourth step, we created the cutmodel based on the final geometries obtained in the previous step. In the fifth and sixth steps we investigate the quantum interaction of the protein with each carbohydrate. Our theoretical results are compared with available measurements in each step. The study of the interaction between the active binding site and carbohydrates allows us to demonstrate that our methodology is well suited to predict the electronic properties of the system.

O câncer (neoplasia) é uma das principais causas de mortalidade no mundo. Apesar dos grandes avanços no diagnóstico e nas formas de tratamento, ele ainda representa um enorme desafio para os pesquisadores de muitas áreas. Recentemente houve uma importante descoberta que poderá fornecer um paradigma completamente diferente no entendimento de como o câncer se inicia e cresce, com eventualmente profundas consequências nas formas de tratamento. Essa descoberta diz respeito a presença de células tronco adultas em tumores e seu possível papel no surgimento e crescimento destes. Propomos nesse trabalho um modelo matemático que considera a presença de células com propriedades de (a) auto renovação , (b) diferenciação e (c) mobilidade , características das células tronco. O modelo proposto é um autômato celular probabilístico com atualização assíncrona em uma rede. Cada elemento da rede pode estar vazio ou conter uma célula tumoral. Há dois tipos de células: as células rotuladas como do tipo 2 que são aquelas associadas com as células tronco tumorais e aquelas rotuladas como do tipo 1 que são as células diferenciadas, somente com capacidade de reprodução. A taxa de reprodução de cada célula é definida como uma função de sua vizinhança e tipo. Diferentes taxas de reprodução foram usadas nas simulações e as células do tipo 2 podem diferenciar-se ou mover-se. Os resultados das simulações mostram como a motilidade das células 2 e as taxas de reprodução de ambos os tipos de células influenciam os padrões morfológicos do tumor. Também investigamos uma possível transição de fase que pode estar relacionada a metástase. Essa transição de fase representa algo de grande interesse biológico, uma vez que a metástase é o mecanismo mais importante que leva o organismo a óbito. Compararemos nossos resultados com dados experimentais dos colaboradores Nascimento TL et al [1] da UNIFESP- Escola Paulista de Medicina. / Cancer (neoplasia) is one of the most dangerous diseases and one of the main cause of mortality around the world. Despite the great advances in diagnosis and treatment, it still represents a huge challenge to researchers of many areas. Recently there was a strinking discovery that may give rise to a complete different paradigm in the understanding of how cancer starts and grows, with eventually profound consequences in the forms of treatment. It is related to the ending of adult stem cells in tumors, and its possible role in the birth and growth of them. We propose in this work a mathematical model that takes into account the presence of cells with the properties of (a) self renewal, (b) differentiation and (c) mobility, characteristics of stem cells. The model developed is a probabilistic cellular automaton with asynchronous update set in a grid. Each element of the grid may be empty or contain a tumor cell. There are two types of cells: the cells labeled as type 2 are those associated with cancer stem cells and those labeled as type 1 are differentiated cells only capable of reproducing. The reproduction rate of each cell is defined as a function of its neighborhood and its type. Different rates of reproduction have been used in the simulations, and type 2 cells may differentiate and some motility. Our simulation results show how the motility of cells 2 and the reproduction rates of both types of cells influence the morphological patterns of tumor. We have also investigated a possible phase transition that may be related to metastasis. This phase transition represents something of great biological interest because metastasis is the most important mechanism that leads to death. We will compare our results with experimental data from collaborators Nascimento TL et al [1] in UNIFESP-Escola Paulista de Medicina.

Orientador: Maurice de Koning / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-18T18:05:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Barrozo_AlexandreHernandes_M.pdf: 4359405 bytes, checksum: c11339c45a35270724d3ee11084432af (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Fizemos estudos de uma nova técnica proposta para amostrar o ensemble canônico [H. Dammak et al., Phys. Rev. Lett. 103,190601 (2009)], capaz de amostrar flutuações quânticas através de Dinâmica Molecular(DM) clássica. Esta técnica é baseada nos termostatos estocásticos clássicos, que se baseiam nas equações de Langevin, com a diferença de usar um ruído com correlação temporal, ao invés de ruído branco. Aplicamos esta técnica para o cálculo de grandezas termodinâmicas de sistemas cuja solução analítica (ou numérica) é conhecida. Mais especificamente, focamos o estudo no cálculo de energias livres através de integração termodinâmica fora do equilíbrio. Neste trabalho também desenvolvemos um método que nos permite alterar a temperatura do termostato ao longo da simulação. Este método é baseado no reescalonamento do ruído aleatório que constitui este termostato quântico. Mostramos aqui que, apesar de termos excelentes resultados para o caso do oscilador harmônico, esta técnica apresenta falhas no que se diz respeito a potenciais anarmônicos, amostrando distribuições fundamentalmente incorretas / Abstract: We study a new method devised to sample the canonical ensemble [H. Dammak et al., Phys. Rev. Lett. 103,190601 (2009)], which includes quantum uctuations by means of classical Molecular Dynamics. This method is based on classical stochastic thermostats, except that it uses colored noise, instead of a white one. We apply this method to compute thermodynamical properties of systems whose analytical (or numerical) solution for the Schr odinger equation is known. Specifically, we focus on free-energy calculations using non-equilibrium thermodynamics integration. In this work, we also develop a technique that allows one to change the thermostat's temperature during the simulation. This technique is based on rescaling the random noise sequence that constitutes the thermostat. We show that, although we have excelent results for the harmonic oscillator case, problems arise while studying anharmonic potentials, in which the method sample distributions that are fundamentally incorrect / Mestrado / Física Estatistica e Termodinamica / Mestre em Física

Estudamos transições de fases quânticas em gases bosônicos ultrafrios aprisionados em redes óticas. A física desses sistemas é capturada por um modelo do tipo Bose-Hubbard que, no caso de um sistema sem desordem, em que os átomos têm interação de curto alcance e o tunelamento é apenas entre sítios primeiros vizinhos, prevê a transição de fases quântica superfluido-isolante de Mott (SF-MI) quando a profundidade do potencial da rede ótica é variado. Num primeiro estudo, verificamos como o diagrama de fases dessa transição muda quando passamos de uma rede quadrada para uma hexagonal. Num segundo, investigamos como a desordem modifica essa transição. No estudo com rede hexagonal, apresentamos o diagrama de fases da transição SF-MI e uma estimativa para o ponto crítico do primeiro lobo de Mott. Esses resultados foram obtidos usando o algoritmo de Monte Carlo quântico denominado Worm. Comparamos nossos resultados com os obtidos a partir de uma aproximação de campo médio e com os de um sistema com uma rede ótica quadrada. Ao introduzir desordem no sistema, uma nova fase emerge no diagrama de fases do estado fundamental intermediando a fase superfluida e a isolante de Mott. Essa nova fase é conhecida como vidro de Bose (BG) e a transição de fases quântica SF-BG que ocorre nesse sistema gerou muitas controvérsias desde seus primeiros estudos iniciados no fim dos anos 80. Apesar dos avanços em direção ao entendimento completo desta transição, a caracterização básica das suas propriedades críticas ainda é debatida. O que motivou nosso estudo, foi a publicação de resultados experimentais e numéricos em sistemas tridimensionais [Yu et al. Nature 489, 379 (2012), Yu et al. PRB 86, 134421 (2012)] que violam a lei de escala $\\phi= u z$, em que $\\phi$ é o expoente da temperatura crítica, $z$ é o expoente crítico dinâmico e $ u$ é o expoente do comprimento de correlação. Abordamos essa controvérsia numericamente fazendo uma análise de escalonamento finito usando o algoritmo Worm nas suas versões quântica e clássica. Nossos resultados demonstram que trabalhos anteriores sobre a dependência da temperatura de transição superfluido-líquido normal com o potencial químico (ou campo magnético, em sistemas de spin), $T_c \\propto (\\mu-\\mu_c)^\\phi$, estavam equivocados na interpretação de um comportamento transiente na aproximação da região crítica genuína. Quando os parâmetros do modelo são modificados de maneira a ampliar a região crítica quântica, simulações com ambos os modelos clássico e quântico revelam que a lei de escala $\\phi= u z$ [com $\\phi=2.7(2)$, $z=3$ e $ u = 0.88(5)$] é válida. Também estimamos o expoente crítico do parâmetro de ordem, encontrando $\\beta=1.5(2)$. / In this thesis, we have studied phase transitions in ultracold atoms trapped in optical lattices. The physics of these systems is captured by Bose-Hubbard-like models, which predicts a quantum phase transition (the so called superfluid-Mott insulator, or SF-MI) when varying the potential depth of the optical lattice in a system without disorder, where atoms have short range interactions, and tunneling is allowed only between nearest neighbors. Our studies followed two directions, one is concerned with the influence of the geometry of the lattice namely, we study the changes in the phase diagram of the SF-MI phase transition when the optical lattice is hexagonal. A second direction is to include disorder in the original system. In our study of the hexagonal lattice, we obtain the phase diagram for the SF-MI transition and give an approximation for the critical point of the first Mott lobe, using a quantum Monte Carlo algorithm called Worm. We also compare our results with the ones from the squared lattice and obtained using mean-field approximation. When disorder is included in the system, a new phase emerge in the ground-state phase diagram intermediating the superfluid and Mott-insulator phases. This new phase is called Bose-glass (BG) and the quantum phase transition SF-BG was the subject of many controversies since its first studies in the late 80s. Though many progress towards its thorough understanding were made, basics characterization of critical proprieties are still under debate. Our study was motivated by the publication of recent experimental and numerical studies in three-dimensional systems [Yu et al. Nature 489, 379 (2012), Yu et al. PRB 86, 134421 (2012)] reporting strong violations of the key quantum critical relation, $\\phi= u z$, where $\\phi$ is the critical-temperature exponent, $z$ and $ u$ are the dynamic and correlation length critical exponents, respectively. We addressed this controversy numerically performing finite-size scaling analysis using the Worm algorithm, both in its quantum and classical scheme. Our results demonstrate that previous work on the superfluid-to-normal fluid transition-temperature dependence on chemical potential (or magnetic field, in spin systems), $T_c \\propto (\\mu-\\mu_c)^\\phi$, was misinterpreting transient behavior on approach to the fluctuation region with the genuine critical law. When the model parameters are modified to have a broad quantum critical region, simulations of both quantum and classical models reveal that the $\\phi= u z$ law [with $\\phi=2.7(2)$, $z=3$, and $ u = 0.88(5)$] holds true. We also estimate the order parameter exponent, finding $\\beta=1.5(2)$.

Neste trabalho, nossa principal motivação foi o entendimento da dinâmica de pacotes de onda em isolantes topológicos 2D. Como excitações de carga se movem nesses materiais? De que maneira essas trajetórias dependem das condições iniciais, e de que forma as condições de contorno influenciam nessa dinâmica? Essas foram algumas das perguntas que guiaram nosso trabalho. Através de simulações computacionais, estudamos o movimento de pacotes de onda gaussianos em poços quânticos de HgTe/CdTe. O comportamento de isolante topológico para essa heteroestrutura foi prevista teoricamente no importante trabalho de Bernevig et al. (Science, vol. 314, no. 5806, 2006) e confirmada experimentalmente por König et al. (Science, vol. 318, no. 5851, 2007). Estudando-se a evolução temporal desse sistema, foi possível observar trajetórias que dependem de forma evidente, não apenas da orientação de spin, mas também da orientação de um pseudo-spin proveniente do modelo BHZ. Em sistemas com condições de contorno periódicas em ambas as dimensões e sem a aplicação de campos externos, foram observadas trajetórias com formato de espiral, acompanhadas por um \"side-jump\" dependente da direção do spin e do pseudo-spin. Em especial, para o caso em que o pseudo-spin está inicialmente orientado na direção-z, as trajetórias espiraladas foram subtituidas por um padrão do tipo \"zitterbewegung\" dependente de um potencial de \"bias\". Para sistemas confinados com bordas impenetráveis, observou-se a formação de estados de borda helicais característicos de isolantes topológicos. / In this work, our main motivation was the understanding about the dynamics of wave packets in 2D topological insulators. How charge excitations move throughout theses materials? In what way their trajectories depend on the initial conditions, and how boundary conditions change this dynamics? These were some of the questions that have guided us in our work. Using numerical simulations, we have studied the movement of gaussian wave packets in HgTe/CdTe quantum wells. The topological insulator behavior for this heterostructure was theoretically predicted on the important work conducted in 2006 by Bernevig et al. (Science, vol. 314, n. 5806, 2006), and experimentally confirmed by König et al. (Science, vol. 318, no. 5851, 2007) a year later. Studing the time evolution of this system, was possible to observe trajectories that depend evidently, not only from the spin projection, but also from the pseudospin orientation coming from the BHZ model. From simulations with periodic boundary conditions in both of the two dimensions, and without the application of any external fields, we observed spiral trajectories accompanied by a spin and pseudospin dependent side-jump. Especially, for the case in which the pseudospin was iniatially oriented in \"z\" direction, the spiral trajectories were replaced by a pattern of the type \"zitterbewegung\" dependent of a bias potential. For the confined systems with barriers of hardwall type, was observed the formation of helical edge states, that is the fingerprint of topological insulators.

Apresentamos cálculos de estrutura eletrônica de oligotiofenos e oligoanilinas conectados a contatos metálicos. Diversos aglomerados de ouro e acoplamentos com as moléculas orgânicas foram testados. Expressões analíticas para a função de transmissão, de acordo com a teoria de Landauer, foram obtidas por meio de um modelo tight-binding, juntamente com resultados numéricos da teoria do funcional da densidade (DFT). O pacote computacional Gaussian 03 foi empregado para realizar os c_alculos DFT com o funcional híbrido B3LYP. Um conjunto de base misto foi escolhido: LANL2DZ para os átomo de ouro e 6-31G* para os átomos leves S, C, N e H. A geometria das cadeias orgânicas conectadas a eletrodos metálicos depende fortemente do tipo de conexão e fracamente do número de átomos representando o eletrodo. Em nossos modelos o átomo de enxofre conecta-se ao eletrodo nas geometrias bridge e atop. A principal diferença entre estes acoplamentos é uma significativa transferência de elétrons nos oligômeros ligados na forma atop. A redistribuição de carga resulta numa cadeia orgânica carregada positivamente acompanhada por uma mudança estrutural. Oligotiofenos apresentam uma distorção quinoide, enquanto que nas pernigranilinas(PE) sua alternância entre anéis quinoides e aromáticos é invertida. Um campo elétrico externo foi aplicado nos sistemas. A resposta da transmissão eletrônica _e correlacionada com o estado de oxidação das cadeias e acoplamento com os eletrodos. Nos sistemas de leucoesmeraldina (LE) e esmeraldina(EM) conectados de forma atop, o campo elétrico induz a localização dos orbitais de fronteira levando à diminuição da transmitância. Cadeias de LE e EM conectadas de forma bridge e as PE apresentam um aumento na transmissão em função do campo elétrico. Nas cadeias de PE as propriedades são menos dependentes da conexão com o eletrodo. Aplicamos uma tensão nas cadeias orgânicas forçando um alongamento, similarmente ao que acontece nos experimentos de quebra de junção. Cadeias de LE e EM conectadas de forma bridge bem como PE em ambas conexões com os eletrodos, apresentam a mesma dependência do transporte em função do estiramento. O aumento inicial da transmissão é associado à planarização da cadeia, que induz a deslocalização dos orbitais. Entretanto, o subsequente alongamento localiza os orbitais por aumentar os comprimentos de ligação, o que leva a uma baixa transmitância. Cadeias de LE e EM conectadas de forma atop são fracamente afetadas pelo alongamento. Em oligotiofenos nos dois tipos de conexão com os eletrodos, o estiramento provoca uma significativa redução da transmissão. Por este mecanismo, oligômeros mais longos apresentam valores de condutância similares aos mais curtos. / We present electronic structure and transport calculations of oligothiophenes and oligoanilines bonded to metallic contacts. Several gold clusters and couplings to the organic molecule were tested. Analytical expressions for the transmission function, within Landauer theory, were obtained by means of a tight-binding model, along with numerical results from density functional theory (DFT). The software Gaussian 03 was employed to perform DFT calculations with the hybrid functional B3LYP. A mixed basis set was chosen: LANL2DZ for gold atoms and 6-31G* for light atoms S, C, N and H. The geometry of organic chains bonded to metallic electrodes depend strongly on the type of connection with the metallic electrode and weakly on the number of atoms representing the electrode. In our models the sulfur atom connects to the electrodes in either atop or bridge geometries. The main diference between these two couplings is a significant electronic transfer on the atop bonded oligomers. The charge reorganization results in a positively charged organic part accompained by a structural change. Oligothiophenes present a quinoidal distortion, while in pernigranilines the alternation between aromatic and quinoid ring is reversed. An external electric field was applied to the systems. The electronic transmission response is correlated to the oxidation state and coupling to electrodes. On the atop bonded systems leucoemeraldine(LE) and emeraldine (EM), the electric field induces a localization of the frontier orbitals leading to a decreased transmission. Pernigranilines(PE) and bridge-bonded LE and EM present an increase of transmission as a function of the electric field. In the PE chains the properties are less dependent on the connection to the electrodes. We applied a tension on the organic chains by forcing an elongation, similarly to what happens in break-junction experiments. Bridge-bonded LE and EM, as well as PE in both types of connection to electrodes, present the same dependence of transport as function of stress. The initial increasing transmission is associated to a planarization of the chain that induces an orbital delocalization. However, the subsequent elongation localize orbitals by increasing the bond lengths and leads to a low transmission. Atop bonded LE and EM are weakly sensitive to elongation. On oligothiophenes in both types of connection to the electrodes, the stretching induces a significant decrease of transmission. By this mechanism longer oligomers present conductance values similar to small ones.

Apresentamos resultados para o espectro de ânions e para a dinâmica vibracional induzida pela captura eletrônica, para uma série de moléculas halogenadas. Os estados do ânion foram caracterizados por meio de cálculos de espalhamento elástico realizados na aproximação de núcleos fixos, efetuados com o método multicanal de Schwinger com pseudopotenciais. Cálculos de dinâmica quântica do pacote de onda nuclear foram realizados a partir da propagação desse nas superfícies de energia potencial descritas na aproximação local. Foram alvo de estudo clorometano, cloroeteno, uracila, 5-fluorouracila, 5-clorouracila, 5-bromouracila, 5-iodouracila, 6-clorouracila, 2-tiouracila, adenina, 2-cloroadenina e 8-cloroadenina. Para o clorometano, calculamos seções de choque de excitação vibracional do estiramento C-Cl, e mostramos que esse modo é prontamente ativado pela presença da carga adicional. Para o cloroeteno, demonstramos que o mecanismo direto de dissociação é muito ineficiente, e também revelamos a interessante topologia de suas superfícies de energia potencial complexas. Os derivados de uracila apresentaram ricos espectros aniônicos, contando com três estados delocalizados p*, um estado s* localizado na ligação do átomo substituído com o anel, além de um estado ligado por dipolo. No geral, as energias obtidas estão em ótimo acordo com os valores experimentais. Análises dos espectros aniônicos e das superfícies de energia potencial indicam mecanismos em que o ânion é formado numa ressonância p* de longo tempo de vida, que muda de caráter para o estado dissociativo s*. Na 5-clorouracila em particular, esse acoplamento é mediado pelo movimento do cloro para fora do plano molecular. Conforme os estados do ânion progressivamente estabilizam com o aumento do número atômico do halogênio, os acoplamentos tornam-se mais favoráveis, o que responde pelas crescentes seções de choque de dissociação. Nossos resultados explicam muitas das características observadas na captura eletrônica dissociativa de halouracilas, fornecendo uma base teórica para sua habilidade radiossensibilizadora. Nas cloroadeninas, encontramos uma ressonância s* e quatro ressonâncias p*. Nós sustentamos que elas também poderiam atuar como potenciais radiossensibilizadores. / We present results on the anion spectrum and on the vibrational dynamics induced by electron capture, for a series of halogenated molecules. The anion states were characterized by means of elastic scattering calculations, in the fixed nuclei approximation, performed with the Schwinger multichannel method with pseudopotentials. Quantum dynamics calculations of the nuclear wavepacket were performed by the propagation on potential energy surfaces described in the local approximation. The target molecules comprise chloromethane, chloroethene, uracil, 5-fluorouracil, 5-chlorouracil, 5-bromouracil, 5-iodouracil, 6-chlorouracil, 2-thiouracil, adenine, 2-chloroadenine and 8-chloroadenine. For chloromethane we computed vibrational excitation cross sections for the C-Cl stretching, and showed this mode is promptly activated by the presence of the extra charge. For chloroethene, we demonstrated that the direct mechanism of dissociation is very inefficient, and also revealed the interesting topology of its complex potential energy surfaces. The derivatives of uracil presented rich anionic spectra, as each one has three p* delocalized states, a s* state located at the bond between the substituted atom and the ring, and a dipole bound state. Overall, the obtained energetics are in very good agreement with experimental data. Analysis of the anionic spectra and the potential energy surfaces indicate mechanisms in which the anion is formed in a long-lived p* resonance and changes its character to the dissociative s* state. For 5-chlorouracil in particular, this coupling is mediated by an out-of-plane movement of the chlorine atom. As the anion states progressively stabilize as the halogen atomic number increases, the couplings become more favorable, and account for the increasing dissociation cross sections. Our results explain many of the observed features of dissociative electron attachment to halouracils, providing a theoretical basis for its radiosensitizing ability. In chloroadenines, we found a s* resonance and four p* resonances. We support they could also act as potential radiosensitizers.