Orientadores: Aurea Rosas Vasconcellos, Roberto Luzzi / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica "Gleb Wataghin" / Made available in DSpace on 2018-07-27T20:50:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rodrigues_ClovesGoncalves_D.pdf: 12304170 bytes, checksum: 0e856f16c9444a08a4bd1bd417c5ffc5 (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: Apresentamos um estudo extenso e detalhado do estado termodinâmico de não-equilíbrio, e de propriedades ópticas e de transporte de semicondutores polares de gap direto na presença de campos elétricos moderados e intensos. Para tal fim recorremos à teoria cinética quântica não-linear, que é baseada num atual e poderoso formalismo mecânico estatístico de ensembles para sistemas abertos longe do equilíbrio. Particular atenção foi dada ao caso de semicondutores polares de gap largo, especialmentes aos nitretos dos elementos da coluna III ( III-N, como GaN, InN, AlN ). Foram deduzidas as equações de evolução temporal para: o momento dos portadores, a energia dos portadores, a energia dos fônons ópticos longitudinais e trânsversais e dos fônons acústicos. Cálculos numéricos foram realizados considerando o caso particular do plasma fotocriado no semicondutor polar polar de gap direto GaN, na forma zincblenda ( cúbico ) e wurtzita ( hexagonal ), nas condições iniciais estabelecidas em um experimento de espectroscopia óptica de resolução temporal ultra-rápida. Analizamos tanto o estado transiente quanto o estacionário. Foi estudado também o caso dos semicondutores dopados tipo n, em particular: n-AlN, n-GaN e n-InN, todos na forma wurtzita. Comparações com outros resultados teóricos foram feitos para o Arseneto de Gálio e Nitreto de Gálio. Comparações com resultados experimentais no estado estacionário foram realizados para o Arseneto de Gálio e para o GaN, porém a campos baixos; até o presente há inexistência de experimentos em materiais III-N em campos intensos. Além das propriedades de transporte, estudamos também propriedades ópticas ( luminescência e absorção ) analizando o efeito de campo elétrico sobre os espectros / Abstract: It is presented a somewhat extented and detailed study of the nonequilibrium thermodynamic state, as well as transport and optical properties of direct-gap polar semicondutors when under the action of moderate to intense electric fields. For that purpose we resort to a nonlinear quantum kinetic theory which is based on a nowadays existent powerful and physically sounded mechanical statistic ensemble formalism for far-from-equilibrium open systems. Particular attention was given to the case of large-gap polar semicondutors, mainly the III-Nitrides ( like GaN, InN, AlN ). The equations of evolution - in the nonequilibium ( dissipative ) thermodynamic state of the system - for the enerfy and the linear momentum of the carrier, the energy of the optical ( LO and TO ) as well as acoustical phonons, are derived. Specific numerical calculations have been performed considering the particular case of the photoinjected plasma in GaN in both the wurtzite ( hexagonal ) and zincblende ( cubic ) crystalline structures, in conditions akin to those present in a typical pump-probe experiment in ultrafast time-resolved optical spectroscopy. The transient and the steady state are analized. It has also beeb considered the case of doped GaN, AlN, and InN in the wurtzite ( hexagonal ) structure. Are also presented comparisons with other theoretical calculations and with some experimental results. This is done far GaN and also GaAs, once for the latter there exists a good amount of experimental data. This is not the case for III-N in high fields when up to present experimental reports are not available; we have only make comparison whith meansurements of mobility in GaN ( cubic ) at low fields. Besides the study of Transport properties it has also been studied optical properties, particularly absorption and luminescence, analyzing the effect of the electric field on the corresponding spectra / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Usando um método proposto por van Hemmen nós computamos a energia livre da versão Curie-Weiss do modelo de Ising antiferromagnético com diluição de sítio na presença de um campo magnético uniforme. A solução apresenta uma correspondência exata entre as termodinâmicas deste modelo de Ising ferromagnético na presença de um campo magnético aleatório. Os diagramas de fase são discutidos e mostra-se a existência de um ponto tricrítico. Apresentamos também uma derivação alternativa dos resultados de van Hemmen a qual permite uma comparação com os métodos usuais de campo médio contidos na literatura. A solução obtida a partir da transformação de Hubbard-Stratorovich permite o cálculo das flutuações do parâmetro de ordem dos respectivos modelos e a constatação de uma equivalência também a este nível, em particular com a igualdade dos expoentes críticas relevantes. / Using a method proposed by van Hemmen we compute the free energy of the Curie-Wiess version of the site-dilute antiferromagnetic Ising model in the presence of a uniform magnetic field. The solution displays an exact thermodynamic correspondence between this model and the Curie-Weiss version of the Ising model in the presence of a random magnetic field. The phase diagrams are discussed and a tricritical point is shown to exist. We present also an alternative derivation of van Hemmens results which allows an easy comparison with the usual mean-field methods used in the literature. The solution obtained via Hubbard-Stratorovich transformation allows the computation of the fluctuations of the order parameter in both models as to display their equivalence with equality of the relevant critical exponents.

Made available in DSpace on 2014-06-12T18:05:45Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo7995_1.pdf: 7475081 bytes, checksum: 63f107611384016586e901dca7ab3ec8 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2003 / Duas classes de sistemas que apresentam desordem e complexidade foram abordadas nesta tese. Na primeira, no contexto da Mecânica Estatística de Equilíbrio, estudamos os sistemas magnéticos desordenados frustrados conhecidos como vidros-de-spins abordando dois problemas. No primeiro, investigamos a estrutura do estado fundamental do modelo de vidros-de-spins de Ising, definidos na rede hierárquica de Migdal-Kadanoff através da análise da distribuição do link overlap de um conjunto de pares de réplicas do sistema. Nestas redes o link overlap pode ser calculado através de um método recursivo exato em função da temperatura. Os resultados mostram uma forte concordância com o cenário descrito pela teoria de escala, mais conhecido como droplet model quando uma distribuição de probabilidades contínua (Gaussiana) para os acoplamentos é considerada, porém com pequenas discrepâncias quando a distribuição inicial de acoplamentos é discreta (Delta bimodal). No segundo problema, estudamos a existência de transições de fase no modelo de vidros-de-spins com variáveis de Potts de q estados definido na rede de Migdal Kadanoff usando o método do grupo de renormalização por decimação. Os resultados para q = 2 recuperam, como esperado, aqueles reportados na literatura para o modelo com variáveis de Ising onde a transição de fase vidro-de-spins é observada para redes com dimensão maiores que d(2) ~ 2; 5. Para os casos q > 2, o modelo apresenta uma transição de fase para dimensão igual ou acima de certo valor d(q). Nestes casos, abaixo de certa temperatura crítica, o fluxo das distribuições de probabilidades renormalizadas evolui para um atrator estranho localizado em uma região com temperatura finita em um espaço de parâmetros apropriado. As respectivas temperaturas críticas para vários valores de q e para várias dimensões d foram obtidas utilizando-se três distribuições de probabilidades iniciais para os acoplamentos: a distribuição gaussiana, a distribuição uniforme e a distribuição delta-bimodal, todas com média nula e variância unitária. O valor da temperatura crítica correspondente à distribuição de ponto-fixo" também foi estimado. Na segunda classe de sistemas complexos, num contexto dinâmico e fora do equilíbrio, consideramos um modelo tipo autômato celular para descrever a dinâmica da propagação de incêndios florestais em ambientes heterogêneos, isto é, com populações de árvores com distintos graus de resistência à queima. Esse modelo generaliza o modelo de propagação de incêndios em florestas homogêneas, considerado na literatura como um dos paradigmas para se investigar sistemas que apresentam criticalidade auto-organizada. Uma análise de escala das distribuições do tamanho e do tempo de duração das queimadas mostra que a presença de árvores com grau de resistência acima de certo valor crítico provoca uma quebra no comportamento crítico auto-organizado do sistema. Isto é, ao invés de evoluir para um estado estacionário com queimadas sem escalas de tempo ou tamanho característicos, o sistema evolui para um estado estacionário com queimadas relativamente pequenas e com tempos de duração bem característicos. Observações realizadas mostram que o modelo heterogêneo é mais apropriado para descrever incêndios reais

Made available in DSpace on 2014-06-12T18:08:42Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo910_1.pdf: 2214761 bytes, checksum: 0687818ac80e3956864d766cbab9cb73 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2010 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Neste trabalho investigamos o problema do caminhante aleatório unidimensional como modelo para encontrar que distribuição de probabilidades é a melhor estratégia a ser utilizada na busca por sítios-alvos aleatoriamente distribuídos, cuja localização é desconhecida, na situação em que o buscador tem informação limitada sobre sua vizinhança. Embora tal problema tenha surgido na década de 1960, uma nova motivação surgiu nos anos 1990 quando dados empíricos mostraram que várias espécies de animais, sob condições gerais (especialmente escassez de comida), não usam estratégias brownianas de busca, mas sim distribuições de Lévy. A principal diferença entre elas é que as distribuições de Lévy decaem muito mais lentamente com a distância (com cauda do tipo lei de potência no limite de longos passos), não obedecendo, portanto, ao Teorema do Limite Central, e apresentam propriedades interessantes, como fractalidade, superdifusão e autoafinidade. Estes experimentos, juntamente com conceitos evolucionistas, levantaram a suspeita de que tal escolha pode ter sido adotada por ser mais vantajosa para o buscador, uma idéia conhecida como Lévy Flight Foraging Hypothesis. Em nosso estudo, definimos a eficiência da busca e obtemos a sua expressão analítica para o modelo. Utilizamos métodos computacionais para comparar as eficiências associadas às distribuições de Lévy e duas outras dentre as mais citadas na literatura, a gama e a "stretched exponential", concluindo que a de Lévy representa a melhor estratégia. Finalmente, empregamos métodos variacionais de extremização e obtemos a equação de Euler do problema

Orientador: Antonio Carlos S. Algarte / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-07-25T08:44:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_AntoniodosAnjosPinheiroda_D.pdf: 2783757 bytes, checksum: 2efdb3a703e2d78fa245c6a41ab3b369 (MD5) Previous issue date: 1999 / Resumo: Neste trabalho foi estudado com certo grau de detalhe a cinética de relaxação ultra-rápida no plasma fotoinjetado em semicondutores polares. Empregando-se a teoria cinética não-linear, derivada do Método do Operador Estatístico de Não Equilíbrio, obteve-se as equações de evolução para o conjunto de variáveis macroscópicas que caracterizam o estado termodinâmico longe do equilíbrio de um modelo de semicondutor polar quando submetido a altos níveis de excitação óptica. Como um exemplo de aplicação do estudo do processo de relaxação em semicondutores, investigou-se para o caso do GaAs, a influência da blindagem da interação polar elétron-fônon, da difusão ambipolar e das populações de fônons ópticos na cinética ultra-rápida de evolução do plasma ao estado de equilíbrio. Alguns resultados previstos pelos cálculos do presente trabalho foram comparados com dados experimentais disponíveis na literatura observando-se uma boa concordância. As situações experimentais selecionadas permitiram uma interessante investigação da influência de duração e da intensidade do pulso na evolução do plasma. O papel da concentração de portadores sobre a relaxação foi também evidenciado através de modificações na intensidade da fonte (laser). A descrição das populações de fônons LO por modo é seguramente responsável pela boa concordância acima mencionada. Foram ainda explorados alguns aspectos relacionados à termodinâmica irreversível e obteve-se a evolução no tempo da produção de entropia e da taxa de produção de entropia. Em particular observou-se que, no exemplo considerado, o critério de evolução de Glansdorff-Prigogine e o teorema da mínima produção de entropia de Prigogine, são verificados, mesmo numa situação longe do equilíbrio térmico, que foi o caso considerado / Abstract: The ultra-fast relaxation kinetics of the photo-injected plasma in polar semiconductors has been analyzed with certain detail. Using the nonlinear kinetics theory which is derived from a particular non-equilibrium ensemble formalism (the Non-Equilibrium Statistical Operator Method) are obtained the equations of evolution for a set of macroscopic variables which characterized the macroscopic (thermodynamic) state of that far-from-equilibrium system. Particular attention was given to the case of GaAs: we studied the influence of the screening of the polar electron-phonon interaction, of the ambipolar diffusion, and of the differentiated excitation of the different optical phonon modes on such relation processes. Comparison of some of the theoretical results with experimental situations we considered allowed for an interesting investigation of the influence of the duration and intensity of the pumping laser pulse, in this pump-probe experiments, on the evolution of the non-equilibrium macroscopic state of the photo-excited plasma Considering several experiment protocols, the influence on the relaxation processes of the concentration of carriers and the differentiated population of the optical phonon modes have been analyzed, and have been verified the non- equilibrium thermodynamic properties consisting of Glansdorff-Prigogine's evolution criterion Prigogine's minimum entropy production theorem / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Orientadores: Marcus Vinícius Segantini Bonança, Maurice de Koning / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-27T07:13:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Acconcia_ThiagoVaz_M.pdf: 3294549 bytes, checksum: 001cb3dfa8e23080664b78fe7e5f527d (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: A termodinâmica é uma teoria do calor e trabalho, a qual descreve perfeitamente os processos quase-estáticos somente. Entretanto, além dos estados de equilíbrio, nós encontramos uma ampla classe de processos operando em tempo finito. Uma meta onipresente na termodinâmica é a otimização dos processes a tempo finito através da minimização do trabalho dissipado ou trabalho em excesso. Para o oscilador harmônico paramétrico, nós derivamos uma família altamente degenerada de protocolos ótimos a tempo finito, ao longo dos quais o trabalho em excesso produzido se anula exatamente. Para isso, o sistema de interesse se mantém termicamente isolado durante todo o processo de atuação do protocolo de switching. Esses protocolos ótimos são obtidos através da teoria de resposta linear para sistemas inicialmente preparados segundo uma distribuição canônica. Para sistemas com um grau de liberdade, mostramos evidências de que esses caminhos ótimos podem também levar à conservação do invariante adiabático correspondente. Além dos resultados analíticos para os osciladores harmônicos clássico e quântico, nós apresentamos resultados numéricos para alguns exemplos anarmônicos. Finalmente, nós reformulamos os resultados anteriores quantificando-os em termos do comprimento termodinâmico para a versão quântica do sistema oscilador harmônico / Abstract: Thermodynamics is a theory of heat and work, which describes perfectly only the quasistatic processes. However, if we shift our view away from the equilibrium states, we find a wide class of processes operating in finite-time. An ubiquitous goal in thermodynamics is to optimize the finite time processes by minimizing the dissipated or excess work. For the parametric harmonic oscillator, we derive a family of degenerated finite-time optimal protocols for which the excess work during a non-equilibrium process vanishes exactly. For this, the system of interest is kept thermally isolated during the switching of a control parameter. These optimal paths are obtained within linear response for systems initially prepared in a canonical distribution. For systems with one degree of freedom, we claim that these optimal paths may also lead to the conservation of the corresponding adiabatic invariant. Besides the analytical results for both classical and quantum harmonic oscillator, we present numerical results for certain anharmonic examples. Finally, we discuss the reformulation of the latter results terms of the thermodynamic length for the quantum version of the harmonic oscillator system / Mestrado / Física / Mestre em Física

Procuramos neste trabalho investigar um modelo de uma sociedade em que agentes aprendem de seu vizinhos sociais. Buscando inspiração no paradigma de redes neurais, construímos uma analogia entre o modelo e o julgamento moral. Usando dados de questionários on-line obtidos alhures, apresentamos uma análise estatística de dados de sujeitos humanos. A partir destes dados estudamos o modelo, encontrando uma transição de fase entre um estado ordenado e um desordenado, dependente de um parâmetro análogo ao inverso da temperatura beta que denominamos peer pressure e de um parâmetro de controle delta associado ao comportamento dos agentes. Ao compararmos histogramas obtidos do modelo com histogramas dos dados de questionários observamos uma semelhança surpreendente entre os dois. Para determinar o diagrama de fases do modelo, usamos métodos de Monte Carlo e uma aproximação de campo médio usando métodos de máxima entropia. Estudamos também a suscetibilidade do sistema a perturbações no ambiente de discussão e encontramos um decaimento exponencial da distância entre o estado perturbado e o de equilíbrio, com um mínimo no tempo característico de adaptação para um certo valor de delta. / In this work we seek to investigate a model of a society in which agents learn from their social neighbours. Seeking inspiration in the neural network paradigm, we build an analogy between the model and moral judgement. Using data from online questionaries obtained elsewhere, we present a statistical analysis of human data. Starting from these we study the model, finding a phase transition between an ordered and a disordered state, dependent on a parameter akin to the inverse temperature beta that we denominate peer pressure and a control parameter delta associated to the agents\' behavior. Comparing the histograms obtained with the model and histograms obtained from the data we observed a surprising simlarity between the two. To determine the phase diagram of the model we use Monte Carlo methods and a mean-field approximation using maximum entropy methods. We also study the susceptibility of the system to perturbations in the environment and find an exponential decay in the distance between the perturbated and equilibrium states, with a minimum of the characteristic time of adaptation for a given value of delta.

Resultados exatos são estabelecidos em dois trabalhos distintos. O primeiro tema é uma análise da dinâmica de Langevin para um modelo esférico médio com interações competitivas, investigando fenômenos de não equilíbrio como \"aging\" e violação do teorema flutuação-dissipação. O segundo trabalho é uma contribuição ao diagrama de fases do estado fundamental de um ferromagneto diluído e sujeito a um campo externo aleatório regido por uma distribuição bimodal; uma abordagem analítica, embora parcial, indica uma estabilidade da solução réplica-simétrica. / Exact results are established for two distinct works. The first of them is an analysis of Langevin dynamics for a mean spherical model with competiting interactions, searching for non-equilibrium phenomena as aging and the violation of the fluctuation-dissipation theorem. The second work is a contribution to the ground state\'s phase diagram of a diluted ferromagnet under a random external field obeying a bimodal distribution; an analytic study, although partial, indicates a stability of the replica-symmetric solution.

O principal objetivo desta tese é desenvolver métodos analíticos e computacionais para obter os parâmetro de estado do ar em equilíbrio num estado energético elevado. São utilzados os procedimentos da mecânica estatística e as constantes espectroscópicas dos átomos e moléculas envolvidos. Os resultados são aplicados em escoamentos quimicamente reagentes no ar em equilíbrio, considerando efeitos de altas temperaturas, através de ondas de choque normais e oblíquas e bocais quasi-unidimensionais. As técnicas desenvolvidas são de grande importância para a aerodinâmica hipersônica e permitem estudos de outros gases, abrindo-se um campo maior de aplicações onde sejam primordiais o conhecimento das propriedades termodinâmicas e da composição química no equilíbrio a temperaturas elevadas (caso da combustão e da propulsão aeroespacial)

O presente trabalho propõe a partir do formalismo da mecânica estatítisca um novo modelo de isoterma de adsorção que leva em consideração a interação lateral entre as moléculas da espécie adsorvida. O modelo é aplicado a dados experimentais de adsorção do propadieno em sílica gel e R-318 (octofluorciclobutano em carbono ativado. Os parâmetros do modelo, m e Qint , são calculados. O parâmetro m foi relacionado com a interpretação dada na isoterma estendida de Freundlich, descrevendo a heterogeneidade energética superficial dos sistemas de adsorção. O outro parâmetro, Qint , quantifica a energia de interação lateral entre as átomos ou moléculas das espécies adsorvidas.