Orientador: Prof. Dr. Alexandre Dias Ribeiro / Co-orientador: Prof. Dr. Renato Moreira Angelo / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Exatas, Programa de Pós-Graduação em Física. Defesa: Curitiba, 26/02/2015 / Inclui referências / Resumo: Neste trabalho estudamos a dinâmica do valor esperado de operadores A (â, â), considerando que o estado inicial do sistema e um estado coerente. Desenvolvemos duas formulas para (A); uma expressão semiclássica obtida via aproximação do ponto de sela e uma representação formal em serie de potencia, que ganha caráter aproximativo quando a truncamos. Para fins de comparação, também trabalhamos com uma aproximação clássico-estatística análoga a (A) já existente na literatura, obtida via formalismo Liouvilliano. Aplicamos essas abordagens a tr.s sistemas: oscilador harmônico simples, partícula livre e oscilador quartico. De modo geral, as três aproximações se mostraram satisfatórias para tempos curtos, entretanto, para tempos maiores, a qualidade do resultado esta intimamente ligada a relevância de h. As aproximações clássicas e semiclássicas apresentaram melhores resultados no regime semiclássico, formalmente equivalente ao limite ^ 0. Por outro lado, a representação em série mostrou-se melhor no regime super-quântico, em que h e mais relevante. / Abstract: In this work we study the dynamics of the expectation value of operators A (â,â), considering that the initial state of the system is a coherent-state. We have developed two formulas for (hi); a semiclassical expression obtained through the saddle point approximation and a formal power series representation, which becomes an approximation when it is truncated. For comparison purposes, we also work with a classical-statistics approximation analogous to (hi), already studied in the literature and obtained through the Liouvillian formalism. We apply these approximations to three systems: simple harmonic oscillator, free particle and quartic oscillator. In general, all these three approximations are accurate for sufficiently short times, however, for longer times, the quality of the results depends on the relevance of h. The classical and semiclassical approximations show better results in the semiclassical regime, formally equivalent to the limit h ^ 0. On the other hand, the series representation is proved to be better in the super-quantum regime, in which h is more relevant.

Orientador: Marlus Koehler / Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Exatas, Curso de Pós-Graduação em Física. Defesa: Curitiba, 17/02/2016 / Inclui referências : f. 130-141 / Resumo: A energia solar é a fonte de energia mais abundante e é a que nos proporciona uma fonte limpa e renovável. As pesquisas atuais estão voltadas para a captação e conversão dessa fonte de energia em energia elétrica. No entanto, os dispositivos capazes de realizar essa captação e produção são a base de silício, que além de apresentar custo elevado é ainda de baixa eficiência. Nosso trabalho vem ao encontro das pesquisas que buscam outros materiais capazes de captar e transformar a energia solar em elétrica, sempre no intuito de buscar eficiência e custo. Aqui, através dos métodos TFD (Teoria do Funcional Densidade) e TDFTB (Teoria do Funcional Densidade baseado em Tight Binding), fizemos simulações para realizarmos uma análise teórica da estrutura eletrônica dos fulerenos C60 e C70 bem como do polímero P3HT e nanofitas de carbono passivadas com átomos de hidrogênios e oxidada com com o grupo químico -OH, com o objetivo de analisarmos a possibilidade dessas estruturas serem possíveis candidatas a materiais componentes de dispositivos fotovoltaicos. Das interações analisadas, mostramos que, teoricamente, a interação mais favorável a uma transferência de carga elementar se dá entre o C70 interagindo com a nanofita oxidada. Palavras chave: fulerenos, nanofitas de grafeno, P3HT, célula solar orgânica. / Abstract: The solar energy is the most abundant source of energy and is the one that gives us a clean and renewable alternative. Current researches are focused on to capture and to transform this form of energy into electrical energy. However, devices capable of performing this uptake and prouction are siliconbased, which besides presenting high cost, still has low eficiency. As other scientific researches, at this work, we seek for materials able to capture and transform solar energy into electricity, in order to optimize efficiency and reduce costs. We used DFT (Density Functional Theory) and DFTB (Density Functional based Tight Binding) methods to perform simulations and investigate the theoretical behavior of the electronic structure of fullerenes C60 and C70, of the polymer P3HT and of the passivated carbon nanoribbons with atoms oxidized and protons with the chemical -OH. We aimed to analyze the possibility of using this structures as candidates for materials component in photovoltaic devices. From our theoretical studies we observed a favorable interaction to an elementary charge transfer between the C70, when it is in interaction with the oxidized nanoribbon. Key words: fullerene, nanoribbon, P3HT and sollar cells.

Orientador: Prof. Dr. Márcio Henrique Franco Bettega / Coorientadora: Profª. Drª. Kaline Rabelo Coutinho / Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Exatas, Curso de Pós-Graduação em Física. Defesa: Curitiba, 04/08/2017 / Inclui referências : f. 141-151 / Resumo: Apresentamos o espectro de ressonâncias oriundos da colisão elástica de elétrons de baixa energia com sistemas moleculares em fase gasosa e fase líquida. Para os alvos moleculares em fase gasosa os espectros de ressonâncias foram obtidos por meio de cálculos de espalhamento elástico na aproximação de núcleos fixos, na geometria de equilíbrio do alvo efetuados com o método multicanal de Schwinger implementado com pseudopotenciais. Foram alvo de estudo a molécula de tolueno e os três isômeros de xileno em fase gasosa. Para os quatro sistemas foram identificadas de três ressonâncias de forma . Por comparar as seções de choque de espalhamento das moléculas de benzeno, tolueno e xileno investigamos o efeito de metilação de anéis aromáticos. COmparando as seções de choque dos isômeros de xileno entre si, investigamos o efeito isômero e identificamos diferentes tempos de vida para o aprisionamento do elétron nos orbitais das moléculas. Para os alvos moleculares em fase líquida elaboramos um protocolo de estudo para tais sistemas. A descrição da fase líquida é feita através de simulações clássicas de Monte Carlo. As configurações geradas nas simulações são selecionadas apropriadamente de acordo com características geométricas e caráter doador/aceitador das moléculas de água nas ligações de hidrogênio com o soluto. As configurações representativas do sistema em fase líquida (sistemas microssolvatados) são utilizadas em cálculos de espalhamento afim de obter o espectro de ressonâncias de tais sistemas e desta forma identificar o efeito da microssolvatação em ressonâncias de forma do tipo e . Foram estudadas as moléculas de furano, pirimidina e diclorometano em meio aquoso. Para a molécula de furano apresentamos cálculos de espalhamento para complexos formados por uma molécula de água e uma molécula de furano. As ressonâncias de forma deste sistema são estabilizadas quando a água tem papel de doadora de prótons nas ligações de hidrogênio e desestabilizadas no caso contrário. Em contrapartida as ressonâncias parecem sempre se estabilizarem. Apresentamos cálculos de espalhamento por complexos de pirimidina com uma e duas águas. Para tais sistemas os resultados teóricos apontam para a supressão da primeira ressonância da pirimidina nos complexos com água. Para o diclorometano investigamos o efeito da microssolvatação em ressonâncias de forma do tipo . Estas ressonâncias podem estabilizar ou desestabilizar independente do papel da água na ligação de hidrogênio. Propõem-se para este sistema um esquema de polarização onde permitimos somente excitações virtuais soluto-soluto, este esquema se mostrou eficiente na descrição da polarização de tais sistemas. Palavras-chave: elétrons, espalhamento elástico, método multicanal de Schwinger, microssolvatação / Abstract: We present the resonance spectra from low energy electron collisions by molecular targets in both gas and liquid phase. For the molecular targets in gas phase the resonance spectra were obtained by scattering calculations within fixed nuclei approximation in the equilibrium geometry of the target performed with the Schwinger multichannel method implemented with pseudopotentials. We studied the molecule of toluene and the three Xylene isomers in the gas phase. For the four molecular targets we identify three shape resonances. By comparing the integral cross sections of benzene, toluene and xylene we investigated the metilation effect of aromatic rings in the elctron-molecule colision. By comparing the integral cross section of three xylenes we identify diferent life times for the electron attachment into molecular orbitals. For the molecular targets in liquid phase we propose a protocol to study such targets. The liquid phase is described by classical Monte Carlo simulations. The configurations generated provided by simulation are approperly selected acorrding geometric criteria and by the donor/acceptor character role played by the water molecules in the hydrogen bonds. The representative configurations of the liquid phase were used in the scattering calculation in order to obtain the resonance spectra of such targets to identify the effect of the microsolvation in and shape ressonances. We studied furan, pyrimidine and dichlorine methane in aqueous media. For the furan molecule we present the scattering calculations by the complex formed by one furan molecule and one water molecule. The shape resonance of this target is stabilized when water molecule plays proton donor role in the hydrogen bonds and its destabilized otherwise. In the other hand the _shape ressonances seems to aways stabilize. We present scattering calculations by pyrimidine complexes containing one and two water molecules. For such targets the theoretical results point to the suppression of the first ressonance of pyrimidine in the hydrateted complexes. For the dichlorine methane we investigated in particulary the microsolvation effect in the shape ressonances. This ressonances can both stabilize or destabilize independently of the role played by water molecules in the hidrogen bond. It is proposed a polarization scheme for this kind of molecular targets, where we only allowed virtual excitations solute-solute type. It is proposed a polarization scheme for this kind of molecular targets, where we only allowed virtual excitations solute-solute type. this procedure shows effective to describe the polarization effect in such targets. Keywords: electron, elastic scattering,Schwinger multichannel method, microssolvation

Orientador: Prof. Dr. Rodrigo J. O. Mossanek / Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Exatas, Curso de Pós-Graduação em Física. Defesa: Curitiba, 22/02/2017 / Inclui referências : f. 113-120 / Resumo: A estrutura eletrônica (EE) de qualquer material e a origem de suas propriedades físicas. Em particular, óxidos de metais de transição (OMTs) apresentam uma intrigante estrutura eletrônica, caracterizada pela presença de elétrons d na banda de valência. Elétrons dessa natureza apresentam correlação eletrônica intermediaria entre elétrons s; p e f, e fazem com que inúmeras propriedades físicas interessantes sejam observadas em OMTs. Grande parte desses materiais cristaliza em estruturas do tipo perovskita, caracterizada pela presença de octaedros de átomos de oxigênio com um átomo de metal de transição (MT) central (MTO6). A EE desse tipo de material e dominada pela presença de estados de MT d no nível de Fermi, enquanto estados da banda 2p do oxigênio aparecem em mais altas energias de ligação. No entanto, dependendo de fatores como a diferenca de eletronegatividade entre essas duas espécies e de sua hibridização, a presença de estados de O 2p no nível de Fermi pode ser favorecida. O presente trabalho estuda a estrutura eletrônica das series de perovskitas SrTi1??xRuxO3 e das duplas perovskitas Sr2YRuO6 e Sr2YRu0:75Ir0:25O6 com Espectroscopia de Fotoemissão de raios-X (XPS), Espectroscopia de Fotoemissão Ressonante (RPES) e Espectroscopia de Absorção de raios-X (XAS). Tais técnicas experimentais são capazes de acessar diretamente a EE dos materiais, e o fazem de maneira complementar: XPS e RPES fornecem informações sobre estados ocupados do sistema, enquanto a XAS mapeia um subconjunto da densidade de estados desocupada. A interpretação dos resultados experimentais e feita com dois métodos teóricos também complementares: o modelo de Cluster e o calculo de estrutura de bandas. O primeiro e baseado em um Hamiltoniano modelo local para o octaedro de MTO6, com parâmetros ajustáveis que levam em conta a correlação eletrônica no orbital de MT d, a transferência de carga e a hibridização com a banda de O 2p, e outras interações. O modelo de Cluster e adequado para o estudo de estados finais em espectros de raios-X, pois com ele são calculadas taxas de transição de um dado estado fundamental (GS) para estados finais (CS, RS e AS), criados para simular os espectros experimentais de XPS de nível interno, XPS de banda de valência e XAS na borda de O 1s, respectivamente. O estudo detalhado desses estados finais fornece informações valiosas sobre a estrutura eletrônica dos materiais, especialmente aqueles onde a correlação eletrônica e outras interações locais tem um papel importante. Já o calculo de bandas e um método ab-initio baseado na Teoria do Funcional da Densidade, que tem a densidade eletrônica do estado fundamental como variável fundamental. O método propõe uma separação da função de onda de N elétrons em N funções de onda de uma partícula, e deixa a cargo do potencial de troca e correlação Vxc os efeitos de muitos-corpos. Por outro lado, o método leva em conta exatamente os efeitos de banda, dados pela simetria de translação da rede cristalina. A serie SrTi1??xRuxO3 e conhecida por apresentar propriedades elétricas intrigantes que, entre outras características, passa por uma transição de fase isolante-metal para x _ 0:7. Nessa tese, a estrutura eletrônica dessa serie e caracterizada e os espectros de SrTiO3, SrTi0:5Ru0:5O3 e SrRuO3 são simulados. Em particular, o espectro de SrTi0:5Ru0:5O3 e simulado com um modelo de Cluster Duplo (DC), no qual a interação entre os octaedros de TiO6 e RuO6 e incluída, e com a combinação linear apropriada de resultados de modelo de Cluster simples (SC), que não trata tal interação entre os octaedros. O modelo de Cluster e conveniente porque o interesse nesse caso e entender a influencia da interação Ti - Ru nos estados finais que dão origem aos espectros de raios-X. Os espectros de SrTiO3 e SrRuO3 foram satisfatoriamente reproduzidos com um conjunto de parâmetros em acordo com resulta- dos já publicados. As posições em energia e intensidade relativas dos espectros da amostra de SrTi0:5Ru0:5O3 foram corretamente simulados com ambos os modelos. Porem, a analise das composições das principais estruturas do espectro revelou diferenças entre os dois modelos, dependendo da técnica experimental analisada. Enquanto os espectros calculados de XAS na borda de O 1s forneceram estados finais similares, os cálculos dos espectros de XPS de nível interno e banda de valência apresentaram uma notável redução na blindagem de O 2p no modelo DC. Enquanto os resultados de XAS forneceram estados finais similares, os espectros de XPS de nível interno e banda de valência apresentaram uma notável redução na blindagem de O 2p no modelo DC. As diferenças encontradas com o modelo DC são explicadas em termos das posições do íons de Ti4+ e Ru4+ no diagrama de Zaanen-Sawatzky-Allen, que favorece um estado fundamental altamente covalente e inibe outras flutuações da banda de O 2p. Ainda, os espectros de nível interno e banda de valência de SrTi0:5Ru0:5O3 apresentam diferenças entre si nos mecanismos de blindagem calculados pelo modelo DC, que usualmente são similares em outros OMTs. Essas diferenças indicam que a criação do buraco e responsável por desacoplar as bandas de Ti 3d e Ru 4d no espectro de nível interno, enquanto o efeito no espectro de banda de valência e o de misturar ainda mais o sistema, como evidenciado pela blindagem de O 2p na banda de Ti 4d sob a remoção de um elétron de Ru 4d. Por outro lado, a dupla perovskita Sr2YRuO6, um dos outros materiais estudados, apresenta um comportamento magnético intrigante, originado do arranjo cubico de face centrada que os íons de Ru5+ assumem nesse material, que da origem ao fenômeno de magnetismo geometricamente frustrado. Uma possível abordagem pra estudar as interações magnéticas em Sr2YRuO6 e a substituição de Ru pelo íon menos magnético, e com um elétron extra na camada d, Ir5+. As estruturas eletrônicas de Sr2YRuO6 e Sr2YRu0:75Ir0:25O6 são interpretadas com a Teoria do Funcional da Densidade, com e sem a inclusão do efeito da interação spin-orbita nos orbitais de Ru 4d de Ir 5d. O uso desse método e justificado pelo interesse em estudar os momentos magnéticos, o ordenamento orbital e o efeito da inteiração spin-orbita no estado fundamental dessa serie. Os espectros experimentais foram correta- mente descritos pelos cálculos, incluindo as mudanças causadas pela substituição parcial de Ru por Ir. Ainda, as contribuições do orbitais de Ru 4d para o espectro de fotoemissão de banda de valência foram identificadas pela fotoemissão ressonante na borda de Ru L3, e estão em bom acordo com a densidade de estados parcial de Ru 4d. Ainda, os resultados de RPES para essa serie, com- parados com o resultado para SrRuO3, indicam que o valor de U5+ Ru e menor que o valor de U4+ Ru, justificando o uso do calculo de estrutura de bandas para estudar a EE desse material. A analise do estado fundamental calculado indica que a inteiração spin-orbita desvia o eixo de magnetização do plano cristalino ab, não altera os momentos magnéticos dos íons de Ru5+, mas causa redução de 50% nos momentos magnéticos de Ir5+. Ainda, essa inteiração e responsável por suprimir a densidade de estados no nível de Fermi, levando ao correto comportamento semicondutor da amostra, e não causa ordenamento orbital. Os resultados apresentados nesta tese destacam a relevância de uma abordagem experimental e teórica no estudo da estrutura eletrônica de óxidos de metais de transição. Do lado experimental, as fontes de luz sincrotron são aliadas importantes na produção de radiação adequada para a implementação de varias técnicas distintas, muitas vezes na mesma linha de luz. Vários métodos teóricos são encontrados na literatura, particularmente separados em Hamiltonianos modelo (como o modelo de Cluster) e métodos ab-initio (como o calculo de estrutura de bandas), cada qual com suas vantagens limitações. Apesar de todos eles poderem ser usados, a escolha conveniente do método e crucial para a correta interpretação dos espectros e da EE dos materiais. Essa escolha deve ser baseada não somente nos materiais em si, mas também nos espectros a serem interpretados e em outras informações de interesse. Palavras-chave: SrTi1??xRuxO3, Sr2YRu1??xIrxO6, estrutura eletrônica, espectroscopia de raios-X, modelo de cluster, densidade de estados. / Abstract: The electronic structure of any material is the origin of its physical properties. The present work aims at the study of the electronic structure of the perovskite series SrTi1??xRuxO3 and the substituted double perovskite Sr2YRu1??xIrxO6 with X-ray (resonant) photoemis- sion and X-ray absorption spectroscopies, and at the interpretation of the experimental results with suitable theoretical models. The SrTi1??xRuxO3 series is particularly known for its intriguing electrical properties, which, among other features, presents an insulator- to-metal transition for x _ 0.7. The electronic structure of this series was characterized and, in particular, the spectra of SrTi0:5Ru0:5O3 were simulated with a double cluster (DC) and by properly weighing the SrTiO3 and SrRuO3 single cluster calculations (SC). Although both approaches resulted in a good agreement with experiment, the analysis of the compositions of the peaks of the different spectra depend on the experimental tech- nique and on the theoretical method used. The differences are addressed in terms of the position of Ti4+ and Ru4+ ions in the Zaneen-Sawatzky-Allen diagram diagram and of the screening mechanisms present in each spectrum. One of the other materials studied, Sr2YRuO6 present an intriguing magnetic behavior, which is thought to arise from the face-centered cubic arrangement of the Ru5+ ions. One possible approach to study the magnetic interactions in SYRO is to replace the Ru ion with Ir. The electronic structure of these materials are interpreted with Density Functional Theory calculations with and without the inclusion of the spin-orbit interaction in the Ru 4d and Ir 5d orbitals, with different magnetization axis. The calculated density of states satisfactorily reproduced the experimental spectra, including the changes in the spectra caused by Ir substitution. The spin orbit interaction causes a reduction of magnetic moments in Ir5+ ions, while is does not change the Ru4+ magnetic moments. This interaction does not lead to orbital ordering, but is responsible for suppressing the density of states at the Fermi level of Sr2YRu0:75Ir0:25O6. These results indicate that the spin-orbit interaction could actually play an important role in the stabilization of the magnetic ordering in the Sr2YRuO6 system. The combined results presented above stress the relevance of a combined experi- mental + theoretical approach in the study of the electronic structure of transition metal compounds, which enables to not only map, but to thoroughly interpret the occupied and unoccupied states. Keywords: SrTi1??xRuxO3, Sr2YRu1??xIrxO6, electronic structure, X-ray spectroscopy, cluster model, density of states.

Orientador: Prof. Dr. Ricardo Luiz Viana / Coorientador: Prof. Dr. Sandro Eloy de Souza Pinto / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Exatas, Programa de Pós-Graduação em Física. Defesa: Curitiba, 26/02/2009 / Inclui referências : f. 94-95 / Resumo: As órbitas periódicas instáveis são o esqueleto sobre o qual a dinâmica caótica é construída. Imerso em uma sela ou atrator caótico, existe um conjunto infinito enumerável de tais órbitas. Esse conjunto infinito contável, embora possua medida de Lebesgue nula, suporta a medida natural dos atratores caóticos e o decaimento da medida para selas caóticas. Relações exatas e expansões em séries convergentes para quantidades dinâmicas fundamentais, tais como a entropia topológica e a taxa de escape, podem ser construídas em termos das órbitas periódicas instáveis para sistemas hiperbólicos. Nesse trabalho, um sistema caótico de alta dimensão foi analisado pelas ferramentas da teoria das órbitas periódicas. Mais especificamente, uma rede composta de diversos mapas de Bernoulli acoplados foi estudada. A hiperbolicidade dessa rede pode ser provada e, portanto, o formalismo das órbitas periódicas formalmente pode ser aplicado. A intensidade do acoplamento de cada par de sítios depende da distância entre eles na rede de acordo com uma lei de potência. As trajetórias típicas dessa rede podem exibir sincronização, desde que o estado sincronizado, dado por uma variedade unidimensional S, seja estável. De modo a determinar a estabilidade local dessa variedade, o espectro de Lyapunov das trajetórias sincronizadas foi avaliado. A análise da estabilidade global desse estado foi calculada pela expressão para a medida natural em termos do conjunto denso de órbitas periódicas instáveis imersas em S. Para os casos em que S é globalmente estável, experimentos numéricos para o tempo de sincronização foram realizados. O comportamento errático e instável observado nas trajetórias do estado dessincronizado, bem como os tempos de sincronização médios muito longos, estabeleceram a hipótese sobre a existência de uma sela caótica G no espaço de fase da rede. O decaimento exponencial temporal típico no número de trajetórias capturadas pela sela foi verificado, para o qual a taxa de escape pode ser calculada. As órbitas periódicas instáveis de G foram numericamente determinadas pela implementação do método de transformação de estabilização e, então, a topologia da sela caótica pôde ser analisada. Uma vez que uma expressão analítica biunívoca para a associação simbólica às órbitas periódicas foi encontrada, a expansão em ciclos primos pôde ser formalmente aplicada e a taxa de escape de G calculada. A exatidão dos resultados obtidos, quando comparados com o ajuste do decaimento exponencial das trajetórias, formalmente comprova a existência da sela caótica G . Consequentemente, o tempo de sincronização médio é associado ao tempo de vida média da sela caótica imersa no espaço de fase da rede. Palavras-chave: órbitas periódicas instáveis, sincronização de caos, sistemas hiperbólicos, tempo de sincronização, transientes caóticos, expansão em ciclos primos. / Abstract: Unstable periodic orbits are the skeleton upon which the chaotic dynamics is built. Embedded in a chaotic saddle or attractor, there is a denumerable infinite set of such orbits. This countable infinite set, although has zero Lebesgue measure, supports the natural measure of chaotic attractors and the measure decay for chaotic saddles. Exact relationships and convergent series expansions for fundamental dynamical quantities, such as topological entropy and escape rate, can be constructed in terms of unstable periodic orbits for hyperbolic systems. In this work, a high-dimensional chaotic system was analyzed by the tools of periodic orbit theory. More specifically, a lattice composed by several coupled Bernoulli maps was studied. This lattice hyperbolicity can be proved and, therefore, the periodic orbit formalism formally can be applied. The coupling intensity of each pair of sites depends on the lattice distance between them in a power-law fashion. Typical trajectories of such lattice can exhibit synchronization, provided that the synchronization state, given by a one-dimensional manifold S, is stable. In order to determine the local stability of this manifold, the Lyapunov expectra of synchronized trajectories was evaluated. The global stability analysis of such state was computed by the natural measure expression in terms of the dense set of unstable periodic orbits embedded inS. For the situations in whichS is globally stable, numerical experiments for the synchronization time were performed. The observed unstable and erratic behavior of the desynchronized state trajectories as well as the very long average synchronization times establish the hypothesis about the existence of a chaotic saddle G in the lattice phase space. The typical temporal exponential decay in the number of trajectories trapped by the saddle was verified, for which the escape rate could be computed. The unstable periodic orbits of G were numerically determined by the implementation of the stabilization transformation procedure and, therefore, the topology of the chaotic saddle could be analyzed. Since an analytical expression for the one-to-one symbolic association to the periodic orbits was found, the prime cycle expansion could be formally applied and the escape rate of G computed. The correctness of the found results, when compared with the trajectories exponential decay fit, formally prove the existence of the chaotic saddle G . Consequently, the average synchronization time is associated with the average lifetime of a chaotic saddle embedded in the lattice phase space. Keywords: unstable periodic orbits, chaos synchronization, hyperbolic systems, synchronization time, chaotic transients, prime cycle expansion.

Orientador: Prof. Dr. Marlus Koehler / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Exatas, Programa de Pós-Graduação em Física. Defesa: Curitiba, 06/03/2015 / Inclui referências / Resumo: Neste trabalho simulamos o processo óptico dentro de dispositivos fotovoltaicos orgânicos em estrutura heterojunção em bicamada utilizando o método matricial unidimensional e a equação da difusão dos éxcitons. O método de simulação considera o índice de refração complexo dos materiais utilizados no dispositivo, as espessuras das camadas e o comprimento de difusão dos éxcitons nos materiais que compõem a bicamada. Os resultados dessas simulações foram utilizados para analisar o desempenho de dispositivos fabricados e caracterizados experimentalmente pelo DiNE (Laboratório de Dispositivos Nanoestruturados). Os materiais utilizados na estrutura bicamada desses dispositivos foram o poly [2,7- (9,9-bis (2-ethylhexyl)- dibenzosilole) -alt-4,7-bis (thiophen-2-yl) benzo -2,1,3- thiadiazole (PSiF-DBT) como camada doadora de elétron e dois tipos de fulerenos, C?? e C?? utilizados como camada aceitadora de elétron. As simulações indicaram que a rugosidade presente no filme de PSiF-DBT, por não ser considerada no modelo teórico, está produzido resultados maiores que os esperados para o comprimento de difusão dos éxcitons. Também foram feitas simulações a fim de verificar se as espessuras dos materiais utilizados na bicamada dos dispositivos apresentam a estrutura otimizada para a maximização da fotocorrente. O modelo utilizado sugere que os dispositivos PsiF-DBT/C?? e PSiF-DBT/C?? confeccionados pelo DiNE não apresentam uma estrutura próxima da estrutura otimizada para a maximização da fotocorrente. Portanto, de acordo com as simulações, caso o dispositivo PSiF-DBT/C?? seja confeccionado com a estrutura otimizada, pode ser que sua fotocorrente aumente 17% e para o dispositivo PSiF-DBT/C?? aumente 10%. Isso é um resultado muito importante para dispositivos fotovoltaicos. Outro resultado obtido com as simulações, foi que o dispositivo PSiF-DBT/C?? apresenta uma fração da luz refletida (não aproveitada para a geração da fotocorrente) menor que o dispositivo PSiF-DBT/C??. Esse resultado está relacionado com o maior coeficiente de absorção do C?? em relação ao C??. Os resultados obtidos através da simulação do processo óptico nos dispositivos demandam pouco custo computacional e fornecem uma série de informações que podem auxiliar na confecção de dispositivos mais eficientes. Visto que o processo de desenvolvimento dos dispositivos passa por testar novos materiais e que cada material possui um índice de refração complexo diferente, a análise do processo óptico em novos dispositivos é de grande relevância. / Abstract: In this study we simulate the optical process in organic photovoltaic devices in bilayer heterojunction structure using the one-dimensional matrix method and the diffusion equation of excitons. The simulation method considers the complex refractive index of the materials used in the device, the thicknesses of the layers and the diffusion length of excitons in the materials that make up the bilayer. The results of these simulations were used to analyze the performance of manufactured devices and characterized experimentally by DiNE (Laboratório de Dispositivos Nanoestruturados). The materials used in the bilayer structure of these devices were poly[2,7-(9,9-bis(2-ethylhexyl)-dibenzosilole)-alt-4,7-bis(thiophen-2-yl)benzo-2,1,3- thiadiazole (PSiF-DBT) as the electron donor layer and two types of fullerenes, C?? and C?? used as the electron acceptor layer. The simulations indicated that the roughness present in PSiF-DBT film, not considered in the theoretical model, is produced greater results than expected for the diffusion length of excitons. Also simulations were performed in order to verify that the thicknesses of materials used in bilayer devices have optimal structure to maximize the photocurrent. The model suggests that the PSiF-DBT/C?? and PSiF-DBT/C?? devices made by Dine has not a close structure of the optimized structure to maximize the photocurrent. Therefore, according to the simulations if PSiF-DBT/C?? device is constructed with the optimized structure, it may be that your photocurrent increase 17% and PSiFDBT/ C?? increase 10%. This is a very important result for photovoltaic devices. Another result obtained with the simulations was that the PSiF-DBT/C?? device has a fraction of the reflected light (not used for the generation of photocurrent) less than the PSiF-DBT/C?? device. This result is related to the absorption coefficient greater than C?? compared to C??. The results obtained by simulating the optical process in devices require little computational cost and provide a range of information that can assist in making more efficient devices. Since the process of developing new device undergoes testing materials and each material has a different complex refractive index, the analysis of the optical process in new devices is very important.

Orientador: Prof. Dr. Sergio Roberto Lopes / Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Exatas, Curso de Pós-Graduação em Física. Defesa: Curitiba,22/02/2016 / Inclui referências : f. 68-77 / Resumo: A compreensão dos mecanismos dinâmicos que levam à formação de estados turbulentos em sistemas dinâmicos espacialmente estendidos constituem um dos maiores problemas da física matemática contemporânea. Observa-se que frequentemente estas transições acontecem de maneira intermitente, i.e, a dinâmica alterna de uma maneira aparentemente irregular entre estados de caos temporal e turbulentos. O estudo do início intermitente da turbulência é ainda mais importante se consideramos a aplicação em potencial na compreensão de sistemas que apresentam eventos extremos em suas evoluções temporais, há uma semelhação notável no comportamento dinâmicos de sistemas com eventos extremos e intermitência em sistemas espac ialmente estendidos. Neste trabalho, estudamos uma transição de um estado laminar para aos temporal para turbulência, que acontece de maneira intermitente, na equação de Shrödinger não-linear unidimensional forçada e amortecida. Este modelo representa vários problemas físicos distintos, particularmente oferece uma descrição precisa da dinâmica de envelope de ondas em um meio levemente não-linear, dispersivo e conservativo. As propriedades estatísticas da série temporal da energia da onda sugere que a transição acontece de acordo com um mecânismo dinâmico conhecido na literatura, que se chama intermitência co- induzida por variabilidade da dimensão instável. A análise posterior das distribuições dos expoentes de Lyapunov a tempo finito confirma que a perda de estabilidade transversal de um atrator caótico de baixa dimensionalidade, imerso no espaço de fase de Fourier, é de fato o mecânismo subjacente à intermitência, e portanto leva o sistema ao estado turbulento. Especificamente para o modelo estudado, o aumento da amplitude de forçamento induz a perda de estabilidade transversal de um atrator de baixa energia, o que leva a emergência de intermitência no sistema, e posteriormente turbulência. Adicionalmente, foi possível decompor a dinâmica nos chamados modos longitudinais, mistos e transversais. Posteriormente, mapeamos de maneira aproximada as regiões de instabilidade transversal máxima no atrator caótico de baixa dimensionalidade, e então perturbamos o sistema para inibir a ocorrência de eventos extremos intermitentes. / Abstract: The understanding of the dynamical mechanisms that lead to the formation of turbulent states in spatially extended dynamical systems constitutes a major problem in modern mathematical physics. It is observed that often these transitions o ur intermittently, i.e., the dynamics shifts in a seemingly random way between states of temporal chaos and turbulent states. The study of intermittent onset of turbulence is even more important if we consider the potential application in the understanding of systems that possess extreme events in their temporal evolution, there is a great resemblance in the behavior of extreme events dynamics and intermittent spatially extended systems. In this work, we studied a transition from a laminar state to temporal chaos to turbulence which happens in an intermittent way, in the one-dimensional for ed and damped nonlinear Shrödinger equation, a model that represents diferent physical problems, particularly it provides an accurate description of the envelope dynamics of waves in slightly nonlinear, dispersive and conservative medium. The statistical properties of the time series of the wave energy show that the transition takes place accordingly with a known dynamical behavior named in the literature as on-off intermittency induced by unstable dimension variability. The further analysis of the distribution of the finite time Lyapunov exponents confims that the loss of transverse instability of a low dimensional chaotic attractor, embedded in the Fourier phase spa e, is indeed the underlying mechanism behind the intermittency, and therefore leads the system to a turbulent state. In the specific case of the studied model, the increase in intensity of the for ing amplitude induces the loss of transverse stability in a low-energy attractor, which leads to the emergence of intermittency and then spatiotemporal chaos in the system. Additionally, we were able to successfully de compose the dynamics into the so called longitudinal, mixed and transverse modes. It was then possible to approximately map the regions of maximum transverse instability in the low-dimensional chaotic attractor, and perturb the system in order to inhibit the ocurrence of intermittent extreme events.

Orientador: Prof. Dr. Ivo A. Hümmelgen / Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Exatas, Curso de Pós-Graduação em Física. Defesa: Curitiba, 18/12/2017 / Inclui referências : f. 102-110 / Resumo: A demanda por fontes de energia limpa e eficiente impulsiona a pesquisa por novos materiais e estruturas para aplicações em células solares. Neste sentido, o presente trabalho consistiu em desenvolver diferentes estruturas utilizando filmes finos de selênio (Se) e ligas de seleneto de gálio (GaSe9 e Ga2Se8), produzidas por moagem mecânica, como camada ativa em células solares. Os filmes foram obtidos através de evaporação física dos elementos sob alto vácuo. Filmes de óxidos transparentes como óxido de césio (Cs2O) ou de zinco (ZnO) foram adicionados para aumentar a eficiência de conversão de energia nos dispositivos. Diferentes técnicas de caracterização foram utilizadas para comparar os filmes e as células solares construídas. Para a caracterização das propriedades dos filmes foram realizadas medidas de absorção UV-vis, voltametria cíclica, difração de raios X (XRD) e microscopia eletrônica de varredura (SEM) e de força atômica (AFM). A partir das medidas de absorção UV-vis obteve-se o coeficiente de absorção, enquanto que das medidas de voltametria cíclica foi possível estimar os valores de banda de valência dos filmes. Com isso, diagramas de níveis de energia dos materiais utilizados foram construídos, que facilitam a compreensão do funcionamento dos dispositivos. As imagens de SEM e AFM mostram diferenças na morfologia entre os filmes que impactam na eficiência dos dispositivos. Os filmes de GaSe9 apresentaram uma estrutura cristalina mais compacta em comparação com o Se. Observou-se a partir dos espectros de XRD que os filmes evaporados apresentam uma estrutura amorfa, que é alterada para cristalina após um tratamento térmico. Esta estrutura cristalina influencia no transporte de cargas e melhora as propriedades elétricas das células solares. A caracterização elétrica foi realizada através de medidas elétricas de densidade de corrente - tensão (J - V), capacitância - tensão (C - V), eficiência quântica externa (IPCE) e espectroscopia de impedância dos dispositivos no escuro e sob iluminação AM 1.5G. Através destas medidas parâmetros de eficiência das diferentes estruturas podem ser comparados, mostrando valores maiores para células solares de GaSe9 em uma junção p-n com nanopartículas de ZnO, no qual obteve-se uma eficiência de 2,7%. Através das caracterizações por C - V, informações sobre as junções são obtidas, enquanto a partir das medidas de espectroscopia de impedância foram identificados diferentes comportamentos e processos dinâmicos de geração, transporte e coleta das cargas fotogeradas na camada ativa, indicando as mudanças elétricas que a adição de gálio provoca nos dispositivos, e a influência de diferentes óxidos nas junções. A partir dos resultados obtidos, observa-se que a utilização de ligas de GaxSe1-x e a adição de camadas através de processos simples são alternativas para aumentar a eficiência de células solares de filmes finos de selênio. Palavras-chave: Célula solar. Seleneto de gálio. Moagem mecânica. Junção Schottky. Junção p-n. Espectroscopia de impedância. / Abstract: The demand for clean and efficient energy sources drives research into new materials and structures for solar cell applications. In this sense, the present work consists of developing different structures using thin films of selenium (Se) and gallium selenide alloys (GaSe9 and Ga2Se8), made by mechanical alloying, as active layers in solar cells. The films are obtained by physical evaporation of the elements under high vacuum. Transparent oxide films such as cesium oxide (Cs2O) or zinc oxide (ZnO) are added to increase the energy conversion efficiency in the devices. Different characterization techniques were used to compare the films and the constructed solar cells. For the film characterization, UV-vis absorption, cyclic voltammetry, x-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and atomic force microscopy (AFM) measurements were performed. From UV-vis absorption measurements, the absorption coefficient was obtained, while from cyclic voltammetry measurements the valence band values of the films were estimated. Thus, energy level diagrams of the materials were built, which facilitate the understanding of the devices behavior. SEM and AFM images show differences in morphology between the films which impact in device efficiency. GaSe9 films presented a more compact crystalline structure compared to Se. It has been observed from the XRD spectra that the evaporated films have an amorphous structure, which changes to crystalline after a heat treatment. This crystalline structure influences the charge transport and improves the electrical properties of solar cells. The electrical characterization was carried out through electrical measurements of current-voltage (J - V), capacitance-voltage (C - V), incident photon-to-current conversion efficiency (IPCE) and impedance spectroscopy of the devices, in the dark and under AM 1.5G illumination. Through these measurements, efficiency parameters of the different structures are compared, showing higher values for GaSe9 solar cells in a p-n junction with ZnO nanoparticles, in which an efficiency of 2.7% was obtained. Through the C - V characterization, information about the junctions is obtained. From impedance spectroscopy measurements different behaviors and dynamic processes of generation, transport and collection of the photogenerated charge carriers in the active layer were identified, indicating electrical changes that the gallium addition causes in the devices, and the influence of different oxides on the junctions. From the obtained results, it is observed that the use of GaxSe1-x alloys and the addition of layers through simple processes are alternatives to increase the efficiency of selenium based thin film solar cells. Keywords: Solar cell. Gallium selenide. Mechanical alloying. Schottky junction. p-n junction. Impedance spectroscopy.

Orientador: Prof. Dr. Sergio D'Almeida Sanchez / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Exatas, Programa de Pós-Graduação em Física. Defesa: Curitiba, 23/02/2017 / Inclui referências : f. 90-95 / Resumo: Neste trabalho são apresentados resultados do espalhamento elástico de pósitrons e elétrons pelos aminoácidos glicina e alanina, bem como o espalhamento elástico de elétrons pelas bases do DNA citosina (C), guanina (G), pelo par citosina-guanina (CG), e também pelas modificações epigenéticas da base C, 5-metilcitosina (5mC), 5-hidroximetilcitosina (5hmC), 5-formilcitosina (5fC) e 5-carboxilcitosina (5caC). O objetivo principal desta dissertação é o estudo das posições das ressonâncias em moléculas de relevância biológica. Para isso, os cálculos de espalhamento foram feitos utilizando o método Schwinger multicanal implementado para o espalhamento de pósitrons na aproximação estático mais polarização, e o método Schwinger multicanal implementado com pseudopotenciais de Bachelet, Hamann e Schlüter nas aproximações estático-troca e estático-troca mais polarização para elétrons. No espalhamento de elétrons pelas bases C, G e pelo par CG, é avaliada a influência que uma base exerce sobre a outra quando elas estão ligadas, e de que forma isso altera as posições das ressonâncias na seção de choque integral. No caso dos aminoácidos glicina e alanina são mostradas as diferenças que a troca de um átomo de hidrogênio da molécula de glicina por um grupo metil, de modo a obter a molécula de alanina, produz nas seções de choque do espalhamento de pósitrons e elétrons. Além disso, uma hipótese é elaborada para explicar os efeitos que o grupo metil gera no nas ressonâncias, através da análise da densidade eletrônica das moléculas. Seguindo a mesma análise, foram feitos cálculos de espalhamento de elétrons pela citosina e suas modificações epigenéticas, a fim de estudar o efeito de diversos substituintes nas seções de choque e posições de ressonâncias. Uma hipótese semelhante à feita no caso dos aminoácidos é estudada neste caso, utilizando as diferentes densidades eletrônicas nas moléculas para explicar os deslocamentos das posições das ressonâncias em relação a suas modificações. / Abstract: In this work we present the results of positron and electron elastic scattering by amino acids glycine and alanine; the electron elastic scattering by the DNA bases cytosine (C), guanine (G), and the cytosine-guanine (CG) base pair; and also by the cytosine epigenetic modifications, 5-methylcytosine (5mC), 5-hydroxymethylcytosine (5hmC), 5-formylcytosine (5fC), and 5-carboxylcytosine (5caC). The main purpose of this work is the study of resonances positions in biologically relevant molecules. The scattering calculations were performed using the Schwinger multichannel method implemented for positron scattering in the static plus polarization (SP) approximation, and the Schwinger multichannel method implemented with pseudopotentials of Bachelet, Hamann and Schlüter for electron scattering, in the static-exchange (SE) and in the static-exchange plus polarization (SEP) approximations. In the electron scattering by C and G bases, and CG pair, the influence of one base pair into the other, when they are bonded, and how it affects the resonances positions in the integral cross section is shown. For the amino acids glycine and alanine, the differences in positron and electron scattering cross sections due to the methylation effect are shown. Moreover, an electronic density analysis is performed in order to explain the shifts of the resonances positions when a hydrogen atom of the glycine molecule is substituted by a methyl group to form the alanine molecule. In order to study the effects of different substituents in the cross sections and resonances positions, electron scattering calculations by cytosine and its epigenetic modifications were performed. An analysis of the electronic density of the molecules were also performed in this case to explain the shifts in the resonances positions according to the respective modification in the molecule.

Orientador: Prof. Dr. Sergio Roberto Lopes / Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Exatas, Curso de Pós-Graduação em Física. Defesa: Curitiba, 16/02/2016 / Inclui referências : f. 80-87 / Resumo: Inicialmente serão apresentados os conceitos, a teoria e as ferramentas necessárias para a compreensão da pesquisa, a qual será apresentada nesse trabalho em duas frentes distintas. A primeira parte busca estudar e analisar os comportamentos dinâmicos em uma rede complexa com equações modificadas de Hodgkin-Huxley, mais especificamente equações de Huber-Braun. Tal rede será modelada pela matriz de conexão cerebral do gato, e os elementos dessa matriz serão novas redes mas com estrutura de pequeno mundo. Nessa etapa da pesquisa foram constatados efeitos de assíncrona e sincronização das fases de estouros, sincronização das fases de disparo e transições dinâmicas com aglomerações locais. A segunda parte da pesquisa busca avaliar séries temporais de camundongos, cujos dados foram obtidos de sensores motor atados aos indivíduos e sensores invasivos conectados no hipocampo cerebral. Com o auxílio de ferramentas quantificadoras de características de recorrência, foram estudados as leves alterações que antecedem um micro despertar durante o estagiamento de sono SWS e os acoplamentos entre os sinais. Será mostrado que há uma leve alteração prévia ao evento captada pelo quantificador de recorrência proveniente do sinal motor, e que tal evento está em sincronia em anti-fase com a detecção do evento pelo sinal do hipocampo. Na parte final do texto, serão apresentadas as próximas abordagens em ambos os tópicos de pesquisa e uma breve consideração sobre os resultados apresentados. Palavras-chave: Rede, Matriz do Gato, Sincronização, Pequeno-Mundo(SW), Recorrência e Evento. / Abstract: Initially will be presented the concepts, theory and tools used and needed for the comprehension of the research that will be presented in this work as two distinct fronts. The first part analyses the dynamical behaviors in a complex network with modified equations of Hodgkin-Huxley, more specifically equations of Huber-Braun. This network will be modeled using the cat matrix of brain connections, and each element of this matrix will be a small-world (SW) kind matrix. For these complex network will be presented reports of asynchrony and synchronization of bursts phases, synchronization of spike phases and dynamical transitions to local clustering. In the second part of the research, the study focus on the evaluation of temporal series obtained from sensors attached to mice, which one of it capture physical movement signals and another was invasive attached to hippocampus cerebral region. With the use of recurrence quantification analysis tools, it was studied slightly changes that foresee the micro-arousal in SWS sleep stage and coupling between both experimental data. It will be shown that there is a subtle modification on the accelerometer series just before the arousal detection by the recurrence quantifier applied to this physical movement data, and that this event is anti-phase synchronized with the invasive hippocampus data. In the last part of this text it will be presented the future developments in both research fronts, and the final considerations on the shown results. Keywords: Network, Cat Matrix, Synchronization, Small-World (SW), Recurrence and Event.