Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / O escoamento de fluidos no interior de estruturas irregulares apresenta certa complexidade. De inÃcio, investigamos o transporte de partÃculas no interior de uma estrutura ramificada tridimensional semelhante a um pulmÃo. Essas partÃculas sÃo arrastadas por um fluido Newtoniano. Verificamos que a estrutura ramificada se comporta como um separador de partÃculas por tamanho, e que alguns parÃmetros geomÃtricos podem ser ajustados para controlar essa separaÃÃo. Depois, estudamos o escoamento de um fluido Newtoniano e partÃculas pontuais no interior de canais catracas bidimensionais. Estes canais foram modelados de forma a permitir uma quebra de simetria espacial na direÃÃo do escoamento. No entanto, nÃo encontramos mudanÃas significativas relacionadas ao perfil de escoamento do fluido. Jà em relaÃÃo Ãs partÃculas ocorre uma grande assimetria no tempo mÃdio de trÃnsito devido à existÃncia de caminhos que se estabelecem prÃximos Ãs paredes de perfil assimÃtrico. Assim, mostramos como obter um efeito catraca das partÃculas, podendo ocorrer uma seleÃÃo das mesmas em determinadas condiÃÃes de escoamento. Finalmente, analisamos o escoamento de fluidos nÃo-Newtonianos no interior de meios porosos bidimensionais. O fluido escolhido pode exibir dois principais regimes de escoamento: de altas viscosidades, quando em baixas tensÃes; e baixas viscosidades, quando em tensÃes mais elevadas. Para tal, utilizamos o modelo de Herschel-Bulkley usado em fluidos de Bingham (pseudoplÃsticos). Como resultado encontramos um regime de escoamento peculiar, apresentando uma forte canalizaÃÃo do fluido no interior do meio poroso.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de NÃvel Superior / O cÃlculo da luminescÃncia em um semicondutor de gap direto à feito por dois mÃtodos e, sÃo realizadas comparaÃÃes dos resultados teÃricos obtidos. No primeiro caso, o mÃtodo das funÃÃes de Green à utilizado e a interaÃÃo coulombiana entre o sistema elÃtron-buraco que compÃe o plasma, à tratada atravÃs da AproximaÃÃo de Fases AleatÃrias. Como resultado importante obtemos a funÃÃoo dielÃtrica, com a qual podemos associar a resposta Ãptica do sistema Ãs excitaÃÃes externas. No segundo caso, usamos a teoria diagramÃtica para obter a relaÃÃo de dispersÃo para o semicondutor de gap direto.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / Neste trabalho, cristais de L-histidina (C6H9N3O2) sÃo investigados atravÃs de espectroscopia Raman variando-se os parÃmetros termodinÃmicos como temperatura e pressÃo na regiÃo espectral entre 30 cm-1 e 3450 cm-1. Os experimentos de espectroscopia Raman em cristais de L-histidina foram realizados desde a temperatura de 30 K atà 428 K. Dos experimentos realizados a baixas temperaturas (30 K < T < 291 K), observou-se que a estrutura da L-histidina sofre uma transiÃÃo conformacional a 170 K, onde alguns modos relacionados Ãs vibraÃÃes das unidades CO2- e NH3+ mudam de comportamento a essa temperatura. Nos experimentos realizados a altas temperaturas (300 K < T < 428 K), os nÃmeros de onda dos modos Raman do cristal de L-histidina possuem comportamento predominantemente harmÃnico atà a sua decomposiÃÃo em aproximadamente 428 K. Medidas de espalhamento Raman em funÃÃo da pressÃo hidrostÃtica foram realizados em dois cristais da L-histidina : L-histidina (C6H9N3O2) e L-histidina clorohidrato monohidratada (C6H9N3O2 HCl  H2O). Para o cristal de L-histidina, nÃo foi observado evidÃncia clara de transiÃÃo de fase no intervalo de 0,1 GPa a 7,01 GPa. O cristal de L-histidina clorohidrato monohidratada (L-HICLM) foi investigado para valores de pressÃo hidrostÃtica entre 0,7 GPa e 7,5 GPa. Os espectros Raman do material em funÃÃo da pressÃo evidenciam uma transiÃÃo de fase estrutural reversÃvel a uma pressÃo de aproximadamente 2,7 GPa.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / O escoamento de fluidos em meios porosos tem sido objeto de pesquisa de grande interesse cientÃfico e tecnolÃgico, visto que a compreensÃo desse processo à fundamental para importantes aplicaÃÃes na indÃstria, incluindo extraÃÃo de petrÃleo em reservatÃrios, estudo de Ãgua subterrÃnea, desenvolvimento de filtros etc. Nesta tese, investigamos atravÃs de simulaÃÃo numÃrica trÃs trabalhos sobre escoamento bifÃsico. O primeiro deles à sobre a recuperaÃÃo secundÃria de petrÃleo, que consiste em retirar o Ãleo do reservatÃrio por diferenÃa de pressÃo causada pela injeÃÃo de um outro fluido; o segundo caso trata da recuperaÃÃo terciÃria, em que a viscosidade do Ãleo à diminuÃda pelo aumento da temperatura por meio da injeÃÃo de um fluido quente no meio poroso; e o terceiro à um modelo de endurecimento interfacial entre dois fluidos desenvolvido para simular a penetraÃÃo de cola em meios porosos. No primeiro trabalho, onde à usado o mÃtodo secundÃrio, a produÃÃo do Ãleo sofre bastante influÃncia do breakthrough do fluido invasor. Por isso, nossa intenÃÃo à estudar o comportamento da produÃÃo do Ãleo e do tempo de breakthrough quando se injeta um fluido com viscosidade diferente da do Ãleo. O sistema à isotÃrmico e nÃo reagente. Utilizamos o simulador comercial STARS do CMG para realizar as simulaÃÃes. Os resultados foram obtidos atravÃs das mÃdias das curvas de produÃÃo de reservatÃrios desordenados. Foi considerado tanto o reservatÃrio homogÃneo quanto o heterogÃneo no ponto crÃtico de percolaÃÃo. Foi estudada a influÃncia que as curvas de produÃÃo sofrem com a variaÃÃo da distÃncia entre os poÃos, r, e com a razÃo entre as viscosidades dos fluidos, m (m = Âo/ Âa). Verificamos que existe duas regiÃes em lei de potÃncia e que o tempo de breakthrough nÃo depende muito do tipo do reservatÃrio (homogÃneo ou heterogÃneo). Quando o Ãleo presente no reservatÃrio à do tipo pesado, mÃtodos terciÃrios sÃo necessÃrios para uma boa recuperaÃÃo deste. Umas das tÃcnicas que se tornou promissora nos Ãltimos anos à a InjeÃÃo a Vapor, que consiste no aumento da temperatura do reservatÃrio atravÃs da injeÃÃo de vapor, reduzindo assim a viscosidade do Ãleo. Para realizar esse estudo utilizamos uma aproximaÃÃo microscÃpica do meio, onde o escoamento acontece em escala de poro. A viscosidade do Ãleo tem uma dependÃncia exponencial com a temperatura da forma exp(B/T), onde B à um parÃmetro fÃsico-quÃmico que define o quÃo pesado à o Ãleo, e T à a temperatura. Inicialmente, o meio està saturado com o Ãleo e em seguida outro fluido à injetado. Um gradiente de temperatura, &#61508;T, à aplicado no meio na mesma direÃÃo de injeÃÃo. Analisamos dois casos da razÃo da viscosidade, um infinito, no qual o fluido invasor à considerado invÃscito, e o outro finito. Verificamos que a eficiÃncia da recuperaÃÃo de Ãleo pode aumentar substancialmente com &#61508;T. Vimos tambÃm que o percentual de recuperaÃÃo decresce com B para o caso da razÃo da viscosidade finita, e que o comportamento oposto à observado para o caso infinito. Com isso à possÃvel saber qual a configuraÃÃo de parÃmetros que melhor se adapta a um projeto de recuperaÃÃo de um reservatÃrio. Na terceira parte desta tese, propomos um modelo de PercolaÃÃo Invasiva modificado com a presenÃa da gravidade para simular o escoamento bifÃsico, no qual a interface sofre um efeito de endurecimento. Esse efeito à obtido atravÃs do aumento da pressÃo dos sÃtios na interface. Quanto mais tempo um sÃtio fica exposto, maior sua pressÃo. Durante essa exposiÃÃo, se a pressÃo de um sÃtio atingi um valor mÃximo ele se torna um pino e nÃo pode mais ser invadido. Isso representa a penetraÃÃo de cola em meios porosos onde o endurecimento se dà devido ao contato com o ar. Foram considerados, tambÃm, efeitos gravitacionais.

nÃo hà / Conhecer a microfÃsica de nuvens à fundamental para o entendimento da dinÃmica, bem como a sua aplicaÃÃo direta em modelos regionais de tempo e clima. O trabalho proposto nesta tese tem o objetivo de verificar o comportamento dinÃmico e microfÃsico de nuvens amazÃnicas e, em particular, comparar esse comportamento para nuvens sobre as regiÃes de pasto e floresta no Estado de RondÃnia. Diversas medidas termodinÃmicas e microfisicas obtidas in situ com o aviÃo laboratÃrio Citation II foram analisadas, sendo possÃvel extrair algumas conclusÃes relativas ao comportamento microfÃsico das nuvens formadas sobre pasto e floresta. TambÃm foram feitas diversas simulaÃÃes com o modelo RAMS (Regional Atmospheric Model System): testes de sensibilidade em relaÃÃo à cobertura vegetal (pasto ou floresta), que nÃo apresentaram diferenÃas significativas no perfil vertical da microfÃsica das nuvens; simulaÃÃes feitas inicializando o modelo com o diÃmetro mÃdio ou com a concentraÃÃo de gotÃculas, cujos resultados apresentaram diferenÃas significativas. Os resultados obtidos nas simulaÃÃes inicializadas com a concentraÃÃo de partÃculas mostraram-se bastante prÃximos daqueles observados durante o experimento ABRACOS (Anglo-Brazilian Amazonian Climate Observation Study). / Improving or knowledge on cloud microphysics is fundamental to understand the clouds dynamics, its role in the atmospheric general circulation and energy balance, as well as in weather and climate prediction applications using large-scale and mesoscale models. This work aims to verify the dynamic and microphysical behavior of clouds over the Amazon basin and, in particular, to compare those behaviors over pasture and forest areas in RondÃnia State. Several thermodynamic and microphysics measurements obtained in situ with the University of North Dakota instrumented aircraft (Citation II) were analyzed, allowing us to reach some conclusions about the microphysical and dynamical characteristics of clouds over pasture and forest areas. Cloud-resolving simulations using RAMS model (Regional Atmospheric Model System) were performed in order to assess sensitivities regarding vegetation cover (pasture or forest). The simulations did not show significant differences in the average vertical profiles of cloud microphysics variables (such as mixing rations for the different hydrometeor species). On the other hand, simulations using different model setups (changes in initialization or average diameter or droplets concentration), produced significant differences in precipitation and hydrometeor concentration, per exempe. Finally, simulations in which the droplets concentrations were specified showed better agreement with observations obtained during ABRACOS experiment (Anglo-Brazilian Amazonian Climate Observation Study), than simulations in which average diameter were specified.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de NÃvel Superior / O diagrama de fase de um metamagneto de Ising em um campo magnÃtico uniforme e em um campo magnÃtico aleatÃrio à estudado usando teoria de campo mÃdio derivado do princÃpio variacional de Bogoliubov. O diagrama de fase exibe comportamento tricrÃtico e fenÃmeno de reentrÃncia para determinados valores do campo magnÃtico aleatÃrio acima de um certo valor crÃtico. O fenÃmeno de reentrÃncia à devido Ãs competiÃÃes entre as interaÃÃes ferromagnÃticas, antiferromagnÃticas, campo magnÃtico uniforme e o campo magnÃtico aleatÃrio. Em particular, se o modelo exibe uma transiÃÃo em campo aleatÃrio zero, entÃo a distribuiÃÃo bimodal nunca destrÃi esta transiÃÃo de primeira ordem, em contradiÃÃo ao caso de uma distribuiÃÃo trimodal. / The phase diagram of an Ising metamagnet in an uniform magnetic field and in a random magnetic field is studied using a mean field theory derived from Bogoliubov variational principle. The phase diagram displays tricritical behavior and reentrance phenomenon for determined values of the random magnetic field above a certain critical value. The reentrance phenomenon is due to the competition between the other interactions ferromagnetic, anti-ferromagnetic, uniform magnetic field and the random magnetic field. In particular, if the model exhibits a first-order transition in zero random field, then a bimodal distribution never destroys this first-order transition, in contradiction to the case of a trimodal distribution.

No presente trabalho, mostramos um estudo sobre o grafeno (monocamada e bicamada) quando este encontra-se dopado com Ãtomos pertencentes ao grupo dos metais alcalinos e ao grupo dos halogÃnios. A transferÃncia de cargas e a energia de interaÃÃo entre o Ãtomo dopante e o grafeno foram calculados a partir da Teoria do Funcional da densidade (DFT) utilizando o cÃdigo SIESTA. AlÃm disso, analisou-se o efeito dessa interaÃÃo na estrutura eletrÃnica do grafeno, focando principalmente em uma possÃvel transiÃÃo metal-isolante. Tanto a monocamada como a bicamada de grafeno foram dopadas com os Ãtomos de lÃtio (Li), sÃdio (Na), potÃssio (K), dentre os metais alcalinos; e cloro (Cl) e iodo (I), dentre os halogÃnios. AlÃm disso, no caso da bicamada de grafeno, foi feito um estudo no qual dois Ãtomos dopantes (Li e Cl) atuam sobre a mesma. No caso da monocamada de grafeno, nenhum dos Ãtomos dopantes foi capaz de abrir um gap de energia. Sugerindo que esses Ãtomos trocam cargas com o grafeno sem modificar a estrutura de hibridizaÃÃo do carbono. No caso da bicamada de grafeno, a interaÃÃo com qualquer dos Ãons à suficiente para dar origem a um gap de energia. No entanto a tranferÃncia de cargas muda a energia de Fermi, de modo a manter uma quantidade relevante de cargas livres. A exceÃÃo à no caso em que a bicamada sofre a aÃÃo de dois Ãtomos dopantes, situaÃÃo na qual a energia de Fermi se manteve no meio do gap, garantindo a natureza semicondutora a esse sistema.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / Cristais de hidrogeno tartarato de potÃssio (KHT) foram estudados por AnÃlise TÃrmica â Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC) e AnÃlise TermogravimÃtrica (TGA) â e espectroscopia Raman com a variaÃÃo de parÃmetros termodinÃmicos na regiÃo espectral entre 30 e 3400 cm-1. A classificaÃÃo dos modos foi feita com base em compostos similares. Os estudos de DSC foram realizados no intervalo de temperatura de 90 a 671 K enquanto os de TG entre 303 a 573 K. Os experimentos de espectroscopia Raman foram realizados entre as temperaturas de 10 a 448 K. Os resultados revelaram que o material apresenta uma estrutura termicamente estÃvel durante todo o intervalo estudado atà a sua decomposiÃÃo (prÃxima a 520 K) que ocorre sem fusÃo. Os experimentos com altas pressÃes (0,0 a 6,5 GPa) revelaram indÃcios fortes de que o material sofre uma transiÃÃo de fase prÃxima a 2,4 GPa e uma segunda transiÃÃo prÃxima a 6,3 GPa. MudanÃas na regiÃo dos modos da rede dÃo suporte à afirmaÃÃo. Modos relacionados à unidade CO2- apresentaram mudanÃas em seu comportamento nesses valores de pressÃo. As mudanÃas ocorridas se mostraram reversÃveis com a reduÃÃo à pressÃo ambiente.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Este trabalho se divide em duas partes. Na primeira, analisamos a evoluÃÃo temporal de pacotes de onda em sistemas de baixa dimensionalidade. Para isso, resolvemos a equaÃÃo de SchrÃdinger dependente do tempo a partir do mÃtodo split-operator, que à de fÃcil implementaÃÃo computacional e permite ser expandido para sistemas com mais dimensÃes. Calculamos os autoestados e a evoluÃÃo temporal de pacotes de onda em fios T e em anÃis quÃnticos com canais de injeÃÃo. Na presenÃa de um campo magnÃtico externo, verificamos as oscilaÃÃes Aharonov-Bohm nos coeficientes de transmissÃo e reflexÃo do anel. Analisando-se as projeÃÃes das funÃÃes de onda transmitidas sobre as subbandas do poÃo quÃntico que descreve os canais, observa-se que a funÃÃo de onda sai do anel na mesma subbanda em que entrou, apesar de ela acessar as outras subbandas dentro da regiÃo do anel. A presenÃa de um campo magnÃtico induz uma fase sobre estas projeÃÃes, podendo ser usado para ajustar a subbanda de saÃda da funÃÃo de onda. Um efeito parecido tambÃm pode ser obtido considerando-se uma assimetria no potencial do anel. Desenvolvemos tambÃm uma variaÃÃo do mÃtodo para tratar de Hamiltonianos com efeitos Zeeman e spin-Ãrbita. Verificamos que os resultados obtidos pelo mÃtodo que desenvolvemos estÃo de acordo com os resultados analÃticos para o efeito Zeeman em pontos quÃnticos semicondutores. Adaptamos tambÃm o mÃtodo split-operator para estudar sistemas baseados em grafeno, nos modelos tight-binding e contÃnuo (de Dirac). Primeiramente, fazemos uma breve anÃlise dos autoestados em anÃis quÃnticos, comparando os resultados obtidos por cada modelo. Depois disso, verificamos com o nosso mÃtodo a existÃncia de um movimento trÃmulo das funÃÃes de onda em grafenos (zitterbewegung). Observamos que na presenÃa de um campo magnÃtico, o zitterbewegung torna-se permanente. AlÃm disso, mostramos que a presenÃa de um gap de energia devido a um substrato pode intensificar as oscilaÃÃes. Em ambos os casos a detecÃÃo experimental deste efeito seria facilitada. Demonstramos tambÃm que o efeito de uma deformaÃÃo causada por uma tensÃo externa na rede do grafeno sobre o elÃtron equivale a um campo pseudo-magnÃtico, capaz de reproduzir todas as caracterÃsticas correspondentes a um campo externo, como os nÃveis de Landau e o zitterbewegung persistente. AlÃm disso, mostramos como utilizar os efeitos de tensÃo como um filtro de vales em grafeno. Na presenÃa de barreiras de potencial, estudamos dois efeitos bastante interessantes em monocamadas de grafeno: o paradoxo de Klein e a lei de Snell para o tunelamento de elÃtrons. Na segunda parte desta tese, calculamos o potencial de interaÃÃo entre vÃrtices em supercondutores volumÃtricos dentro da teoria de Ginzburg-Landau (GL), o que à de extrema importÃncia para futuros estudos de dinÃmica de vÃrtices. Para isso, desenvolvemos um conjunto de equaÃÃes diferenciais acopladas para o potencial vetor e para o parÃmetro de ordem, tendo como vÃnculo um nÃmero fixo de vÃrtices posicionados em pontos à nossa escolha, onde a combinaÃÃo entre os vÃrtices formando um vÃrtice gigante à naturalmente permitida. Obtemos os potenciais de interaÃÃo entre um vÃrtice e outro vÃrtice, um vÃrtice gigante e um antivÃrtice para ambos os casos tipo-I e tipo-II. Nossos resultados numÃricos estÃo em bom acordo com as expressÃes analÃticas para separaÃÃes maiores entre vÃrtices, as quais estÃo disponÃveis em vÃrios trabalhos anteriores na literatura. Propomos novas expressÃes (empÃricas) vÃlidas para qualquer distÃncia de interaÃÃo, as quais sÃo ajustadas aos nossos dados numÃricos para diversos valores do parÃmetro de GL. Em seguida, utilizando os mÃtodos numÃricos e analÃticos descritos em detalhes para supercondutores de uma banda, demonstramos e discutimos sobre a complexidade do comportamento resultante de dois condensados de pares de Cooper em supercondutores de duas bandas. As propriedades do sistema acoplado dependem das propriedades de cada banda de maneira nÃo-trivial, a ponto do seu comportamento poder ser nÃo sà diferente, como atà mesmo oposto ao dos condensados individuais. Com isso, discutimos a possibilidade de se ajustar este comportamento como funÃÃo dos parÃmetros microscÃpicos e da temperatura, o que à relevante para a compreensÃo das propriedades de materiais estudados recentemente (MgB2, pnictides), de supercondutores em nanoescala, como tambÃm dos futuros compostos artificiais.

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