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Neste trabalho analisamos o comportamento dinâmico de um modelo clássico e de um modelo quântico de spins na presença de um campo magnético externo. Para estudar a dinâmica de um sistema de spins clássico utilizamos um modelo de Ising bidimensional com interações entre spins primeiros vizinhos na direção vertical diferente daquelas entre spins primeiros vizinhos na horizontal. Através do formalismo da equação mestra, e considerando o processo estocático de Glauber dentro da aproximação de pares dinâmica, determinamos os diagramas de fases estacionários para o modelo na presença de campos magnéticos estáticos e oscilantes no tempo. Dependendo dos valores da razão entre os acoplamentos na horizontal e na vertical, da frequência e da amplitude do campo oscilante, obtemos diagramas de fases onde estão presentes os ordenamentos ferromagnético, paramagnético e antiferromagnético. Além disso, a transição entre as fases pode ser contínua ou descontínua dependendo dos valores dos parâmetros. O modelo também pode apresentar um comportamento tricrítico. O modelo de Ising em um campo transverso unidimensional à temperatura nula foi o modelo escolhido para estudarmos a resposta de sistemas quânticos de spins sujeitos a campos magnéticos que oscilam periodicamente no tempo. Usamos a aproximação de campo médio e simulações de Monte Carlo para determinar a linha de transição contínua entre as fases ferromagnética e paramagnética presentes no diagrama de fases dinâmico do modelo. / In this work we have analized the dynamical behavior of a classical and of a quantum spin model subject external magnetic fields. For a better understanding of the dynamics of a classical spin system we have chosen a two-dimensional Ising model with interactions between first neighbors in the horizontal direction different from that of the vertical direction. By using the master-equation formalism and taking the stochastic Glauber process, within the dynamical pair approximation, we have determined the stationary phase diagrams of the model for static and oscillating magnetic fields. Depending on the values of the ratio between the horizontal and vertical couplings, the frequency and the amplitude of the time dependent field, we have obtained phase diagrams where the ferromagnetic, paramagnetic and antiferromagnetic phases are present. Besides, the transition between these phases can be continuous or discontinuous depending on the values of the parameters. The model may display also a tricritical behavior. We have also chosen the transverse Ising model in one dimension at zero temperature to study the response of the quantum spin systems subject to time dependent external fields. We have used the mean-field approximation and the Monte Carlo simulations to determine the continuous transition line between the ferromagnetic and paramagnetic phases.

Neste trabalho, estuda-se o comportamento crítico de spins de Ising colocados em três tipos de rede elástica: uma rede rígida de volume variável (Ll): uma rede cujas posições dos íons podem variar, sem tensão de cisalhamento (L2); uma rede do tipo \"colchão de molas\", com acoplamento elástico entre primeiros e segundos vizinhos (L3). Verificamos que o acoplamento spin-rede pode ser simulado por uma interação efetiva de longo alcance entre pares de spins, em vários casos. Nas hamiltonianas correspondentes, a integral de troca dos spins é considerada linearmente dependente da distância inter-iônica e a interação elástica é considerada apenas na aproximação harmônica. Mostramos que o coeficiente do termo de quatro spins, que representa a interação magneto-elástica na hamiltoniana efetiva de spins, tem sinal diferente para as flutuações elásticas microscópicas (na posição dos íons) e macroscópicas (de volume). O efeito dessa interação efetiva é alterar os expoentes críticos da transição magnética no primeiro caso, renormalizando-os, e transformar a transição contínua em uma transição de primeira ordem, no segundo caso. Em um sistema real, ambos os tipos de flutuação estão presentes e os dois efeitos competem entre si para determinar a ordem da transição. No modelo (L3), o mais \"realista\" entre os três estudados, os efeitos de volume predominam. Entretanto, não é possível fazer previsões para outros modelos específicos, pois os dois efeitos são da mesma ordem de grandeza. Estudamos, ainda, o efeito sobre a hamiltoniana efetiva de spins de se alterar as condições de contorno, assim como de se alterar o valor do spin, no caso do segundo modelo (L2 ). Para prever a ordem da transição, as hamiltonianas efetivas de spin são analisadas no contexto de campo médio, de grupo de renormalização e de uma solução exata em duas dimensões. / We study the critical behavior of Ising S=1/2 spins on three compressible lattices: a compressible but rigid lattice (Ll): an elastic lattice without shearing forces (L2) and a \"spring mattress\", with elastic couplings between nearest and next-nearest neighbors (L3). The corresponding hamiltonians contain an exchange interaction linearly dependent on the interionic distance and an elastic interaction considered in the harmonic approximation. We show that both pure macroscopic (volume) and pure microscopic (ion position) fluctuations lead to a pair-pair interaction term in the effective spin hamiltonian. However, the coefficient of this additional term is negative in the first case, which turns the transition first order, and positive in the second case, which renormalizes the critical exponents. In a real system, both kinds of fluctuation are present and the two effects will compete. Model (L3), the closest to the above condition, has the volume effect as predominant. The delicate balance between the competing effects of the same order of magnitude forbid a prediction for other models. We also show that different effective spin Hamiltonians may be arrived at according to the choice of boundary condition of or ensemble. In one case (L2), we also consider spin S =1. We use mean-field, an exact solution for dimensionalty two and momentum space renormalization group to predict the order of the transitions.

Neste trabalho, estuda-se o comportamento crítico de spins de Ising colocados em três tipos de rede elástica: uma rede rígida de volume variável (Ll): uma rede cujas posições dos íons podem variar, sem tensão de cisalhamento (L2); uma rede do tipo \"colchão de molas\", com acoplamento elástico entre primeiros e segundos vizinhos (L3). Verificamos que o acoplamento spin-rede pode ser simulado por uma interação efetiva de longo alcance entre pares de spins, em vários casos. Nas hamiltonianas correspondentes, a integral de troca dos spins é considerada linearmente dependente da distância inter-iônica e a interação elástica é considerada apenas na aproximação harmônica. Mostramos que o coeficiente do termo de quatro spins, que representa a interação magneto-elástica na hamiltoniana efetiva de spins, tem sinal diferente para as flutuações elásticas microscópicas (na posição dos íons) e macroscópicas (de volume). O efeito dessa interação efetiva é alterar os expoentes críticos da transição magnética no primeiro caso, renormalizando-os, e transformar a transição contínua em uma transição de primeira ordem, no segundo caso. Em um sistema real, ambos os tipos de flutuação estão presentes e os dois efeitos competem entre si para determinar a ordem da transição. No modelo (L3), o mais \"realista\" entre os três estudados, os efeitos de volume predominam. Entretanto, não é possível fazer previsões para outros modelos específicos, pois os dois efeitos são da mesma ordem de grandeza. Estudamos, ainda, o efeito sobre a hamiltoniana efetiva de spins de se alterar as condições de contorno, assim como de se alterar o valor do spin, no caso do segundo modelo (L2 ). Para prever a ordem da transição, as hamiltonianas efetivas de spin são analisadas no contexto de campo médio, de grupo de renormalização e de uma solução exata em duas dimensões. / We study the critical behavior of Ising S=1/2 spins on three compressible lattices: a compressible but rigid lattice (Ll): an elastic lattice without shearing forces (L2) and a \"spring mattress\", with elastic couplings between nearest and next-nearest neighbors (L3). The corresponding hamiltonians contain an exchange interaction linearly dependent on the interionic distance and an elastic interaction considered in the harmonic approximation. We show that both pure macroscopic (volume) and pure microscopic (ion position) fluctuations lead to a pair-pair interaction term in the effective spin hamiltonian. However, the coefficient of this additional term is negative in the first case, which turns the transition first order, and positive in the second case, which renormalizes the critical exponents. In a real system, both kinds of fluctuation are present and the two effects will compete. Model (L3), the closest to the above condition, has the volume effect as predominant. The delicate balance between the competing effects of the same order of magnitude forbid a prediction for other models. We also show that different effective spin Hamiltonians may be arrived at according to the choice of boundary condition of or ensemble. In one case (L2), we also consider spin S =1. We use mean-field, an exact solution for dimensionalty two and momentum space renormalization group to predict the order of the transitions.

Neste trabalho analisamos o comportamento dinâmico de um modelo clássico e de um modelo quântico de spins na presença de um campo magnético externo. Para estudar a dinâmica de um sistema de spins clássico utilizamos um modelo de Ising bidimensional com interações entre spins primeiros vizinhos na direção vertical diferente daquelas entre spins primeiros vizinhos na horizontal. Através do formalismo da equação mestra, e considerando o processo estocático de Glauber dentro da aproximação de pares dinâmica, determinamos os diagramas de fases estacionários para o modelo na presença de campos magnéticos estáticos e oscilantes no tempo. Dependendo dos valores da razão entre os acoplamentos na horizontal e na vertical, da frequência e da amplitude do campo oscilante, obtemos diagramas de fases onde estão presentes os ordenamentos ferromagnético, paramagnético e antiferromagnético. Além disso, a transição entre as fases pode ser contínua ou descontínua dependendo dos valores dos parâmetros. O modelo também pode apresentar um comportamento tricrítico. O modelo de Ising em um campo transverso unidimensional à temperatura nula foi o modelo escolhido para estudarmos a resposta de sistemas quânticos de spins sujeitos a campos magnéticos que oscilam periodicamente no tempo. Usamos a aproximação de campo médio e simulações de Monte Carlo para determinar a linha de transição contínua entre as fases ferromagnética e paramagnética presentes no diagrama de fases dinâmico do modelo. / In this work we have analized the dynamical behavior of a classical and of a quantum spin model subject external magnetic fields. For a better understanding of the dynamics of a classical spin system we have chosen a two-dimensional Ising model with interactions between first neighbors in the horizontal direction different from that of the vertical direction. By using the master-equation formalism and taking the stochastic Glauber process, within the dynamical pair approximation, we have determined the stationary phase diagrams of the model for static and oscillating magnetic fields. Depending on the values of the ratio between the horizontal and vertical couplings, the frequency and the amplitude of the time dependent field, we have obtained phase diagrams where the ferromagnetic, paramagnetic and antiferromagnetic phases are present. Besides, the transition between these phases can be continuous or discontinuous depending on the values of the parameters. The model may display also a tricritical behavior. We have also chosen the transverse Ising model in one dimension at zero temperature to study the response of the quantum spin systems subject to time dependent external fields. We have used the mean-field approximation and the Monte Carlo simulations to determine the continuous transition line between the ferromagnetic and paramagnetic phases.

Robust manipulation capture and retargeting has been a longstanding goal in both the fields of animation and robotics. In this thesis I describe a new approach to capture both the geometry and motion of interactions with objects, dealing with the problems of occlusion by the use of magnetic systems, and performing the reconstruction of the geometry by an RGB-D sensor alongside visual markers. This ‘interaction capture’ allows the scene to be described in terms of the spatial relationships between the character and the object using novel topological representations such as the Electric Parameters, which parametrise the outer space of an object using properties of the surface of the object. I describe the properties of these representations for motion generalisation and discuss how they can be applied to the problems of human-like motion generation and programming by demonstration. These generalised interactions are shown to be valid by demonstration of retargeting grasping and manipulation to robots with dissimilar kinematics and morphology using only local, gradient-based planning.

This thesis describes a theoretical and experimental investigation of wireless energy transfer between high-Q resonant radiofrequency (RF) oscillators. A model used by Kurs \emph{et al} \cite{Kurs_original} was recast in a form which enabled expression of the results in terms of measurable electrical quantities. This model was tested using circular resonant copper loop antennas at a frequency near 10 MHz. Accurate calculation of the mutual inductance between loops was required in order to predict the loop coupling parameters, and was carried out using a custom-written computer code. Two resonant loop antenna RF oscillators were first used to check that the model predictions were accurate in the two-oscillator case. Based on the success of these tests, the model was extended to the case of three oscillators in two different configurations, the first having two receiving oscillators, and the second having two transmitting oscillators. Model predictions for both configurations were experimentally tested over a range of coil separations and angular inclinations. These experimental tests confirmed the model's applicability in the three-oscillator regime, with significant deviations from the model only being observed when any pair of loops was in very close proximity (i.e. when the separation of loop centers was comparable to the loop diameter). This may have been be due to either nonlinear dielectric losses (due to large amplitude RF electric fields) spoiling the Quality factors Q of the loop antenna resonators, or to increased capacitive coupling between loops at short distances (not included in the current model), or both. Further investigation would be required to definitively establish the origin of the deviation from the model at short distances, but from an engineering point of view accurate modelling of the performance in the "close loop" regime is not critical since the primary purpose of wireless power transfer is to transmit power over a reasonable distance.

Made available in DSpace on 2015-03-03T15:15:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MariaGDS_DISSERT1.pdf: 887413 bytes, checksum: 6a4faf603ae54b731858d5bcc34833b8 (MD5) Previous issue date: 2010-02-24 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient?fico e Tecnol?gico / We report a theoretical investigation of thermal hysteresis in magnetic nanoelements. Thermal hysteresis originates in the existence of meta-stable states in temperature intervals which may be tuned by small values of the external magnetic field, and are controlled by the systems geometric dimensions as well as the composition. Two systems have been investigated. The first system is a trilayer consisting of one antiferromagnetic MnF2 film, exchange coupled with two Fe lms. At low temperatures the ferromagnetic layers are oriented in opposite directions. By heating in the presence of an external magnetic field, the Zeeman energy induces a gradual orientation of the ferromagnets with the external field and the nucleation of spin- op-like states in the antiferromagnetic layer, leading eventually, in temperatures close to the Neel temperature, to full alignment of the ferromagnetic films and the formation of frustrated exchange bonds in the center of the antiferromagnetic layer. By cooling down to low temperatures, the system follows a different sequence of states, due to the anisotropy barriers of both materials. The width of the thermal hysteresis loop depends on the thicknesses of the FM and AFM layers as well as on the strength of the external field. The second system consists in Fe and Permalloy ferromagnetic nanoelements exchange coupled to a NiO uncompensated substrate. In this case the thermal hysteresis originates in the modifications of the intrinsic magnetic / Relatamos um estudo de histerese t?rmica em sistemas magn?ticos nanoestruturados. A histerese t?rmica se origina da exist?ncia de estados meta-est?veis em intervalos de temperatura que s?o control?veis pelas dimens?es f?sicas e composi??o do sistema magn?tico e pelo valor do campo magn?tico externo. Dois sistemas s?o investigados. O primeiro sistema consiste de uma tricamada contendo um filme antiferromagn?tico de MnF2 com intera??o de troca de interface com dois filmes ferromagn?ticos de Fe. Em baixa temperatura os dois filmes ferromagn?ticos t?m magnetiza??o em dire??es opostas. Ao aquecer o sistema em presen?a de campo magn?tico externo a energia Zeeman se sobrep?e a ordem magn?tica do filme de MnF2 induzindo uma orienta??o progressiva dos filmes ferromagn?ticos com o campo externo, e a forma??o de estados com spins fora da dire??o f?cil (spin flop) no material antiferromagn?tico, evoluindo para alinhamento dos filmes ferromagn?ticos em temperaturas ao redor da temperatura de N?el, com a forma??o de liga??es com frustra??o da energia de troca no centro do filme antiferromagn?tico. Ao resfriar o sistema segue uma sequ?ncia diferente de estados devido a barreira de anisotropia dos materiais. A largura da histerese t?rmica depende da espessura dos filmes e da intensidade do campo magn?tico externo. O segundo sistema estudado consiste de nanoelementos de Fe e Permalloy em substratos n?o-compensados de NiO. Nesse caso a histerese t?rmica se origina nas modifica??es, impostas pelo acoplamento de troca na interface, na ordem magn?tica intr?nseca do nanolemento ferromagn?tico. Ao aquecer al?m da temperatura de N?el, o nanoelemento se ajusta gradualmente ao padr?o magn?tico imposto pelo seu pr?prio campo dipolar e, no processo de resfriamento pode seguir uma sequ?ncia diferente de fases magn?ticas devido a barreira imposta por sua alta anisotropia de forma. Mostramos que histerese t?rmica ? mais prov?vel em nanoelementos de Fe, devido ao valor elevado da magnetiza??o de satura??o, e para nanoelementos de base quadrada, com dimens?es laterais ao redor de 100nm, devido a possibilidade de nuclea??o de v?rtices. Comentamos no poss?vel impacto de histerese t?rmica no funcionamento de c?lulas de tunelamento, usadas em mem?rias magn?ticas de acesso aleat?rio