O autômato celular Game of LIFE (GL) exibe comportamento coletivo não-trivial (Classe IV de Wolfram) a partir de regras locais simples. Na década de 1990, conjecturou-se que o autômato seria um exemplo de sistema não-conservativo com criticalidade auto-organizada. Nesse trabalho refutamos essa conjectura verificando que o regime transiente para estados absorventes não escala de forma correta para redes grandes. Usando uma aproximação de campo médio com considerações sobre interfaces para a rede quadrada, definimos um parâmetro de controle sigma0 relacionado com a razão de ramificação da interface da fase absorvente. A partir da análise de um grande número de autômatos celulares (6144), encontramos uma transição de fase descontínua no espaço de regras dos autômatos celulares totalistas. Também encontramos que o GL é um autômato celular quasi-crítico, com sigma0=1.006, ou seja, o GL equivale a um processo de nucleação quasi-crítico. Mostramos que essa quasi-criticalidade é resultado da coexistência e competição entre a fase viva e a fase morta: embora o LIFE esteja destinado à extinção (ao estado absorvente morto), o decaimento é adiado devido a um forte ralentamento crítico. / The cellular automaton Game of LIFE exhibits non-trivial collective behavior (Wolfram Class IV) from local simple rules. In the 1990s, it was conjectured that the automaton would be an example of self-organized criticality in non-conservative systems. In this work we refute this conjecture by verifying that the transient regime to absorbing states does not scale for large lattice sizes. By using a mean-field approximation with considerations about interfaces in square lattices, we define a control parameter sigma0 related to the interfacial absorbing phase branching rate. From the analysis of a large number of cellular automata (6144), we find a discontinuous phase transition in the cellular automata rule space. We also find that LIFE is a quasi-critical cellular automaton, with sigma0=1.006, that is, LIFE is a quasi-critical nucleation process. It is shown that this quasi-criticality is a result of coexistence and competition between the living and dead phases: although LIFE is destined to extinction (to the dead absorbing state), this decay is delayed due to a strong critical slowing down.

Esta tese apresenta os estudos realizados quanto à síntese e caracterização de microgéis termo-responsivos de N-isopropilacrilamida (NIPAM) e macromoléculas de origem amilácea em sua composição, sistemas ainda pouco explorados na literatura. Inicialmente, nanopartículas de amido (SNP) foram preparadas por nanoprecipitação para incorporação nos microgéis de interesse, através da dissolução dos grânulos do amido em DMSO/H2O, aplicação de ultrassom e precipitação em não-solvente. As SNPs preparadas foram utilizadas como copolímero para formação de microgéis híbridos do tipo SNP-co-p(NIPAM) através de polimerização em emulsão na presença e na ausência de surfactante. A influência das SNPs nas propriedades dos microgéis foi estudada por MEV, DLS, PZ e SAXS, onde foram observadas mudanças no comportamento físico-químico e estrutura supramolecular dos microgéis. No geral, observaram-se deslocamentos da temperatura de transição de fase para valores maiores (até 35 °C, cerca de 3 °C acima do valor determinado para sistemas contendo p(NIPAM) puro), aumento da estabilidade coloidal e organização dos polímeros presentes no microgel em uma arquitetura caroço-casca. As propriedades de inchamento dos microgéis também foram estudadas através da teoria de Flory-Rehner, onde a temperatura theta e o grau de polimerização entre dois pontos de reticulação foram determinados através do ajuste apropriado do parâmetro de interação (χ). Paralelamente, visando um sistema diferente do descrito acima, foi estudado um novo agente de reticulação baseado nos polímeros do amido, a amilose e a amilopectina. Para isso, os polímeros do amido que compõem as nanopartículas foram modificados para a utilização como agente de reticulação na síntese de microgéis de p(NIPAM). Nesta etapa, uma reação de substituição dos grupos hidroxila dos polímeros do amido foi realizada com o cloreto de acriloíla de forma a inserir insaturações na estrutura dos polímeros, para que estes fossem aplicados como reticulante. O sucesso da reação de modificação foi verificado através de RMN 1H e FTIR, no qual um maior grau de substituição foi obtido quando um tempo maior de reação foi empregado. Microgéis de p(NIPAM) foram então preparados através de polimerização em emulsão utilizando os reticulantes sintetizados. Observou-se a influência do grau de substituição e da concentração do reticulante nos microgéis, analisados por MEV, DLS e UV-Vis com controle de temperatura. As principais mudanças foram relativas à temperatura de transição de fase e tamanho dos microgéis. Utilizando o agente de reticulação com maior grau de substituição, foi possível deslocar a temperatura de transição de fase dos microgéis preparados para valores maiores (35 °C, cerca de 3 °C acima do valor determinado para sistemas contendo p(NIPAM) puro). Observou-se também uma resposta mecânica da rede do microgel, que refletiu no tamanho das partículas, influenciada pela concentração dos agentes de reticulação e do grau de substituição. Quanto maior a concentração e o grau de substituição do agente de reticulação, maior a resistência ao intumescimento observado no microgel. / This thesis presents the studies regarding the synthesis and characterization of thermoresponsive microgels of N-isopropylacrylamide (NIPAM) and amylaceous-based macromolecules, which are systems still little explored in the literature. At first, starch nanoparticles (SNP) were prepared by nanoprecipitation, through dissolution of starch granules in DMSO/H2O, ultrasound application and non-solvent precipitation. SNPs were then used as copolymer in SNP-co-p(NIPAM) hybrid microgels synthesized by emulsion polymerization in the presence and absence of surfactant. The influence of SNPs in microgel properties were studied by SEM, DLS, ZP, and SAXS, where changes in the physicalchemical behavior and supramolecular structure were observed. Summing up, shifts in the phase transition temperature up to 35 °C, increased colloidal stability, and microgel polymers organization into a core-shell structure were observed. Microgels swelling behaviour were also studied by the Flory-Rehner theory, where the theta-temperature and the degree of polymerization between two crosslinker points were determined through interaction parameter (χ) fitting. In parallel, a new starch-based crosslinker was studied. For this purpose, starch polymers (amylose and amylopectin within the SNPs) were modified in order to use them as crosslinker in p(NIPAM) microgel synthesis. In this step, a substitution reaction in hydroxyl groups of SNP was carried out with acryloyl chloride, where double bonds were attached in polymers structure, making it suitable as a crosslinker. Reaction performances were evaluated through 1H NMR and FTIR. Then, p(NIPAM) microgels were prepared by emulsion polymerization using the crosslinker synthesized. The degree of substitution and the crosslinker concentration influence were verified and analyzed by SEM, DLS and UV-Vis with temperature control. The main observed changes were related to the phase transition temperature e microgels size. Using the crosslinker with higher substitution degree, it was possible the shift of the phase transition temperature to higher values (~35 °C). A mechanical response, observed trough microgels size, was found, driven by the crosslinker concentration and substitution degree. As higher the concentration and substitution degree of the crosslinker, higher was the swelling resistance observed in microgel structure.

En médecine, les nanotechnologies permettent le développement de nouvelles techniques de soin comme l’hyperthermie local ou la délivrance ciblée de médicaments. Ces applications impliquent de nouveaux défis scientifiques concernant la conception de nanosystems et les propriétés de leur environnement biologique. Dans cette thèse, nous avons analysé plusieurs aspects de la relaxation thermique de tels systèmes. Nous avons mise en œuvre la fois des simulations de Dynamique Moléculaire et des mesures expérimentales de microscopie d’imagerie en temps de vie de fluorescence. Nous présentons une étude numérique du transfert thermique depuis une nanoparticule en solution aqueuse et montrons qu’attacher un polymère à sa surface permet de réduire la résistance thermique entre la particule et son environnement. Nous avons modélisé des bicouches lipidiques pour calculer leurs propriétés diélectriques et leur viscosité a été étudiée par microscopie de fluorescence. Ces expériences sont réalisées sur des membranes suspendues et des vésicules unilamellaires géantes et démontrent que la viscosité des bicouches lipidiques diminue avec la température et l’application d’une tension transmembranaire induisant un changement de structure. / In medicine, nanotechnologies give the opportunity to create new care practices such as local hyperthermia and targeted drug delivery. These applications imply new scientific challenges concerning the design of nanodevices and the properties of their biological environment. In this thesis, we have analysed several aspects of heat relaxation of such systems. We have used both Molecular Dynamics numerical simulations and Fluorescence-lifetime imaging microscopy experiments. We present a study of heat transfer from a solvated nanoparticle and show that attaching a polymer on its surface reduces the thermal resistance between the particle and its aqueous environment. We have modelled lipid bilayers to compute their dielectric properties and their viscosity have been investigated by fluorescence imaging. The experiments conducted on both suspended lipid membrane and giant unilamellar vesicles show that the viscosity decreases when the temperature increases and when a transmembrane voltage is applied to inducing a structural change.

Amostras policristalinas de La(5/8-y)Pr(y)Ca(3/8)MnO(3); 0 y 0.625; foram produzidas pelo método da mistura estequiométrica de óxidos e tratadas termicamente ao ar a 1400 oC. As amostras foram caracterizadas através de medidas de difração de raios-X, resistividade elétrica rho(T), susceptibilidade magnética chi(T) e magnetorresistividade rho(T, H = 50 kOe). Os resultados das análises dos diagramas de raios-X indicaram que os materiais são de fase única e que houve uma substituição efetiva de La por Pr no sítio A ao longo da série. Medidas de rho(T) e chi(T) revelaram que a temperatura de transição de fase metal-isolante TMI e temperatura de Curie TC decrescem com o aumento da concentração y e que a resistividade residual rho0 (rho(T = 10 K)) é consideravelmente alta em amostras com y 0.35. Ainda, com o decréscimo de T, as amostras com y 0.35 transitam para uma fase de ordenamento de carga em TOC ~ 194 K e, em seguida, para uma fase metálica em TMI. Essas medidas também sugerem a coexistência de fases ferromagnética-metálica FMM e de ordenamento de carga isolante OCI nesses materiais. Nas propriedades físicas macroscópicas, a fase FMM mostrou ser a dominante para os compostos com pequenas concentrações de Pr (y 0.25) e a fase OCI dominante para os compostos com altas concentrações de Pr (y 0.40). As medidas de rho(T, H = 50 kOe) mostram que a magnitude da resistividade elétrica decresce drasticamente nas vizinhanças de TMI sob a aplicação de um campo magnético externo. A magnitude de MR (MR = (rho(H = 0)-rho(H = 50 kOe))/rho(H = 50 kOe)) entre os extremos da série (y = 0 e 0.625) varia até sete ordens de grandeza, sendo que o máximo valor de MR para amostras com y = 0 é de ~ 0.75 e naquelas com y = 0.625 é ~ 3.4x106 . O diagrama de fases deste composto evidencia uma região crítica (0.30 y 0.40) onde os valores de TMI, TC, MR e 0 variam abruptamente como função de y, sendo que em outras regiões tal variação é mais suave. A variação significativa desses quatro valores indica uma competição mais forte entre as fases coexistentes ocorre na região crítica. Algumas características marcantes podem ser observadas nas amostras da região crítica tais como: a presença de um segundo pico, abaixo de TMI, em ~ 90 K e ~ 72 K na curva de rho(T) de amostras com y = 0.30 e 0.35, histerese térmica mais pronunciada em rho(T) e chi(T), MR torna-se colossal, relaxação significativa da resistividade elétrica com o tempo, entre outras. Assim, as propriedades de transporte e magnéticas nessa região crítica são dominadas pela forte competição entre as fases coexistentes. / Polycrystalline samples of La(5/8-y)Pr(y)Ca(3/8)MnO(3); 0 y 0.625; were synthesized by the solid-state reaction method and sintered in air at 1400 oC. These compounds were studied by measurements of X-ray powder diffraction, magnetic susceptibility chi(T), and electrical resistivity rho(T, H). X-ray powder diffraction measurements indicated single phase materials and an effective substitution of La by Pr. Results from rho(T) and chi(T) revealed that increasing y in this series results in a rapid reduction of both the insulator to metal transition temperature TMI and the Curie temperature TC. Such a rapid decrease in TMI with increasing y is also accompanied by the occurrence of a new transition temperature, termed TCO, which is related to the transition to the charge ordered CO state. Such a temperature, which is essentially independent of y, occurs at TCO ~ 194 K and is mainly observed in samples with y 0.35. The other feature is the presence of a large residual resistivity electrical rho(0 = (10 K)) for large y (y 0.35) at low-T even though rho(T) suggests a metallic behavior below TMI. The temperature for the maximum magnetoresistance effect occurs near TMI, that shifts to higher T with increasing field. The MR is defined here as (rho(H = 0)-rho(H = 50 kOe))/rho(H = 50 kOe) and is enhanced by seven orders of magnitude from ~ 0.75 up to ~ 3.4x106 in samples with y = 0 and y = 0.625, respectively. Some features like the thermal hysteresis observed in both rho(T) and chi(T) curves indicate the coexistence of different phases in a range of y concentration, i. e., the ferromagnetic-metallic FMM and the charge ordered-insulating COI domains. The FMM is stable for y 0.25, but the COI state becomes dominant for y 0.40. There is a critical region in the phase diagram, ranging from y = 0.30 to 0.40, where the magnitude of the TMI, TC, MR, and 0 were found to display abrupt changes with increasing y. Some anomalous features like a second peak in rho(T) below TMI, a two-step increasing in chi(T), a colossal MR effect and others are observed for compositions belonging to this critical region. Our combined data suggest that the general physical properties of these compounds in such a critical region are dominated by the strong competition between coexisting ferromagnetic-metallic and charge ordered-insulating phases.

Nos últimos anos, avanços consideráveis foram alcançados no estudo da usinabilidade de materiais frágeis tais como cristais semicondutores, vidros ópticos, cerâmicas, etc. em função da demanda por processos mais rápidos de fabricação de superfícies com formas complexas para aplicações nos campos da óptica e eletrônica. A ductilidade apresentada por monocristais de silício durante a usinagem tem sido explicada através das Teorias de Mecânica de Fratura. Recentemente, algumas teorias novas foram apresentadas para justificar esta ductilidade. Foi proposto que a ductilidade de monocristais semicondutores seria provavelmente o resultado final de uma transformação de fase induzida por pressão/tensão durante o corte. Neste trabalho, a diferença entre os modos dúctil e frágil no Torneamento com Ferramenta de Ponta Única de superfícies de silício monocristalino foram investigadas através da técnica de espalhamento Raman. Nas condições que proporcionam o regime dúctil, existem sempre uma amorfização superficial nas amostras, denunciadas através da ativação de uma banda óptica Raman mais larga em 470 cm-1. Esta fase amorfa pode ser considerada resultante da transição de fase a qual o silício pode ter sofrido. Por outro lado, para as condições onde o modo frágil é predominante, somente um pico óptico agudo de fonon em 521.6 cm-1 está presente no espectro Raman. Baseado nas medições que determinados parâmetros de corte, tais como a profundidade de corte e a espessura crítica do cavaco, apresentaram este estudo propõe que o regime dúctil não deve possuir uma faixa definida e fixa de valores para os parâmetros críticos mas, ao invés disso, estes seriam dependentes da extensão da camada transformada induzida por pressão/tensão gerada pela interação entre a ponta/aresta da ferramenta de corte com a peça durante a usinagem. Esta proposta se baseia na comparação entre os valores obtidos e os medidos por outros autores que mostram que a extensão da fase amorfa observada após processos de deformação mecânica (p.e., indentação, riscamento, polimento, nanoretificação e torneamento com ferramenta de ponta única de diamante) encontram-se na mesma faixa de valores encontrados para os parâmetros críticos (100-200 nm). Finalmente, foi demonstrado, através de observações da topografia de ambos, cavacos e superfícies geradas, realizadas com MEV e MFA, que este tipo de análise pode oferecer explicações significativas sobre os mecanismos de remoção de material em ação durante a usinagem e também sobre o estado microscópicos da ferramenta de diamante. / In recent years, considerable progress has been made on the study of the machinability of fragile materials such as semiconductors crystals, optical glasses, ceramics, etc., because of the demand for faster fabrication processes of complex surface shapes for optoelectronic applications. The ductility presented by single crystal silicon during machining has been explained by fracture mechanics theories. Recently, some new theories have been presented in order to give another justify to this ductility. It was proposed that semiconductors single crystal ductility is likely the end result of a pressure/stress induced phase transformation during cutting. In this work, the difference between ductile and brittle mode single-point diamond turning on the surface of machined silicon samples were investigated using Raman scattering. In the ductile mode conditions of machining, there are always an amorphization of the surface samples, denounced by the activation of the broad Raman optical band at 470 cm-1. This amorphous phase can be considered resulted from the phase transiton which silicon might have suffered. Contrary to the findings, in the brittle mode conditions, only the sharp optical phonon peak at 521.6 cm-1 is present in Raman spectra. Based on the observation that certain cutting parameters such as cutting depth and critical chip thickness, e.g., the point where ductile-to-brittle transition occurs, somehow presents values in the same range (100-200 nm) that the amorphous phase layer depth extension after mechanical deformation. (p.e., indentation, scratching, polishing, nanogrinding and single point diamond turning) observed in the literature, it is propposed that the ductile regime has not a definite range of values for the critical parameters but instead, it is dependent of the extension of the phase transformed layer induced by pressure/stress generated by the tool tip/edge interaction with workpiece during machining. Finally, it is shown that observation of topography and morphology of chip and the surface generated through SEM and AFM can offer very significant explanation of the material removal mechanisms in action during the current machining cut and diamond tool state.

Les matériaux nanométriques ont fait l'objet d'un intérêt de recherche important car ils présentent de nouvelles propriétés physiques et chimiques par rapport aux échantillons massifs. En ce qui concerne les nanomatériaux, l'effet de taille et l'énergie de surface sont généralement invoqués, même si les concepts sous-jacents ne sont pas clairs. Dans cette thèse, la question principale à laquelle nous voulons répondre est : quels sont les principaux paramètres qui régissent la stabilité structurelle du SnO2 à l’échelle nanométrique sous haute pression comparé aux échantillons de SnO2 massifs ? La combinaison de la haute pression et de la taille des particules est particulièrement importante pour comprendre la structure de ces nanoparticules et l'effet des défauts et de l'énergie de surface sur leur stabilité de phase, car, en gardant la taille des particules constante, l'augmentation de la pression permettra l'exploration les paysages énergétiques du système. De plus, la pression et la taille sont deux paramètres qui peuvent être utilisés conjointement pour stabiliser les nouvelles phases. L'intérêt de l'étude des nanoparticules sous haute pression est au moins double : (i) acquérir une compréhension fondamentale de la thermodynamique lorsque l'énergie interfaciale devient de la même ampleur que l'énergie interne (ii) pour stabiliser de nouvelles structures potentiellement potentielles intérêt en tant que matériaux fonctionnels. Dans ce travail, nous avons utilisé la spectroscopie Raman comme principale méthode de caractérisation. Pour les échantillons de SnO2 massif, nous avons utilisé la théorie de la percolation pour expliquer la désordre « partiel » du sous-réseau oxygène qui apparaît lorsque la pression augmente, ce qu’on appelle désordre « partiel » induite par la pression. Et, en étudiant les nanoparticules de SnO2, nous avons utilisé des simulations ab initio pour expliquer l'apparition de ce type de désordre, cet à dire, le désordre du sous-réseau anionique lorsque la pression augmente. De cette façon, nous proposons d'obtenir une compréhension fondamentale du SnO2 massif et nanométrique, sous pression / Nanosized materials have been the focus of an extensive interest research as they present new physical and chemical properties in comparison to their bulk equivalent. When dealing with nanomaterials, the size effect and the surface energy are generally invoked, even though the underlying concepts are not clear. In this thesis, the main question that we want to answer is: what are the main parameters which govern the structural stability at the SnO2 nanometric under high pressure in comparison to its bulk counterpart? The combination of high pressure and particle size is particularly important in order to understand the nanoparticle structure, and the effect of the defects and of the surface energy on phase stability. By maintaining the size of the particle constant, the pressure will allow the energy landscapes of the system to be explored. In addition, pressure and size are two parameters that can be used conjointly in order to stabilize new phases. So, the interest of studying nanoparticles under the high-pressure is at least two-fold: (i) to gain a fundamental understanding of thermodynamics when the interfacial energy reaches the same magnitude as the internal energy (ii) to stabilize new structures that may have potential interest as functional materials. In this work, we used Raman spectroscopy as the main characterization method. In the study of SnO2 bulk samples, we used percolation to explain the “partial” disorder of the oxygen sublattice which appears in the powders when the pressure increases; and for studying SnO2 nanoparticles, we used ab initio simulations to explain the appearance of this kind of disorder, i.e. the anionic sublattice disorder in SnO2 nanoparticle samples. In this way, we propose to obtain a fundamental understanding of SnO2 bulk and nanoparticles under pressure

Este trabalho estuda o problema da Satisfazibilidade Probabilística (PSAT), revendo a sua solução via programação linear, além de propor novos algoritmos para resolvê-lo através da redução ao SAT. Construímos uma redução polinomial do PSAT para o SAT, chamada de Redução Canônica, codificando operações da aritmética racional em bits, como variáveis lógicas. Analisamos a complexidade computacional dessa redução e propomos uma Redução Canônica de Precisão Limitada para contornar tal complexidade. Apresentamos uma Redução de Turing do PSAT ao SAT, baseada no algoritmo Simplex e na Forma Normal Atômica que introduzimos. Sugerimos modificações em tal redução em busca de eficiência computacional. Por fim, implementamos essas reduções a m de investigar o perl de complexidade do PSAT, observamos o fenômeno de transição de fase e discutimos as condições para sua detecção. / This work studies the Probabilistic Satisfiability problem (PSAT), reviewing its solution through linear programming, and proposing new algorithms to solve it. We construct a polynomial many-to-one reduction from PSAT to SAT, called Canonical Reduction, codifying rational arithmetic operations into bits, as logical variables. We analyze the computational complexity of this reduction and we propose a Limited Precision Canonical Reduction to reduce such complexity. We present a Turing Reduction from PSAT to SAT, based on the Simplex algorithm and the Atomic Normal Form we introduced. We suggest modifications in such reduction looking for computational eficiency. Finally, we implement these reductions in order to investigate the complexity profile of PSAT, the phase transition phenomenom is observed and the conditions for its detection are discussed.

Ce travail de thèse porte sur l'étude de la commutation ultrarapide de matériaux moléculaire photomagnétiques présentant des transitions entre états de spin. Ces cristaux moléculaires sont des prototypes de bi-stabilité moléculaire possédant deux états électroniques distincts, Haut Spin (HS) et Bas Spin (LS), entre lesquels les molécules peuvent commuter par la lumière. L'émergence des techniques ultrarapides nous permet d'étudier en temps réel ces processus de photo-commutation ainsi que les dynamiques hors équilibres associées jusqu'à l'échelle femtoseconde (10-15s). Nous avons combiné ici l'utilisation de sondes sensibles aux changements d'états électroniques et aux changements structuraux pour étudier ces processus de photo-commutation. Des mesures d'absorption optiques femtosecondes ont été effectuées sur notre plate forme laser et elles ont complétées par des mesures de diffraction et d'absorption des rayons X résolues en temps. La première partie de cette thèse se focalise sur la dynamique de commutation induite par la lumière au niveau moléculaire. Elle révélé l'intrication compliquée de degrés de liberté électroniques et structuraux. La génération et l'amortissement rapide de phonons optiques est identifié comme étant le processus clé dans le piégeage des molécules dans l'état Haut Spin. Les mesures réalisées sur différents types de composés ont prouvé le caractère local et linéaire de ce processus. La seconde partie de cette thèse présente les études de dynamique hors équilibre et des effets en cascade d'origine élastique et thermique résultant de ces perturbations initiales. Des effets coopératifs induits par la lumière sont ainsi mis en évidence. Cette dynamique hors équilibre pilotée par des phénomènes propagatifs et diffusifs est sensible aux effets de taille. L'étude de nano-cristaux démontre une grande efficacité et une réponse aux effets élastiques plus rapide que dans le cas des macrocristaux. Ces études apportent une compréhension nouvelle des phénomènes hors équilibre liés aux transitions de phase photo-induites sur des échelles de temps et d'espace allant de la molécule au matériau. / The main topic of this thesis is the study of the ultrafast photo-switching of photo-magnetic molecular materials showing transition between spin states. These molecular crystals are prototypes of molecular bistability between two distinct electronic states, HS and LS. The molecules can be switched between these two states by a light pulse. The emergence of ultrafast techniques allows us to study in real time these photo-switching processes and also the associated out-of-equilibrium dynamics down to the femtosecond scale (10-15s). We have combined probes sensitive to the change of electronic state, on the hand, and to structural rearrangements, on the other hand, in order to observe these photo-switching processes. The measurements of ultrafast transient absorption spectroscopy have been made using the laser plateform at the IPR. Complementary time resolved X-ray diffraction and absorption experiments have been performed on large facilities. The first part of this manuscript is focused on the photo-switching dynamics at molecular scale. It reveals a complicated interaction between electronic and structural degrees of freedom. The generation and damping of coherent optical phonons is identified as a key parameter in the trapping in HS potential. Several experiments on different compounds show the linear and local character of such ultrafast photo-switching. The second part of this thesis presents studies on the complete out of equilibrium dynamics. It reveals a cascading process with activation of elastic and thermal effects at different time scales. Cooperative processes following a light excitation are observed. These complexes dynamics are driven by propagating and diffusive process sensitive to the size of the sample. The study of nanocrystals yields high conversion and faster response to elastics effect than single-crystals. These studies further elucidate the out of equilibrium processes underlying the photo-induced phase transitions on time and length scales, from the molecule to material scale.

coordenadoria de aperfeiÃoamento de pessoal de ensino superior / Estudamos por meio de simulaÃÃes de Monte Carlo e anÃlises de escala de tamanho finito as transiÃÃes de fase que os modelos do votante majoritÃrio e do processo de contato descrevem em redes de Kleinberg. Tais estruturas sÃo construÃdas a partir de uma rede regular onde conexÃes de longo alcance sÃo adicionadas aleatoriamente seguindo a probabilidade Pij ~ r&#945;, sendo rij a distÃncia Manhattan entre dois nÃs i e j e o expoente &#945; um parÃmetro de controle [J. M. Kleinberg, Nature 406, 845 (2000)]. Nossos resultados mostram que o comportamento coletivo desses sistemas exibe uma transiÃÃo de fase contÃnua, do tipo ordem-desordem para o votante majoritÃrio e ativo absorvente para o processo de contato, no parÃmetro crÃtico correspondente. Tal parÃmetro à monotÃnico com o expoente &#945;, sendo crescente para o votante majoritÃrio e decrescente para o processo de contato. O comportamento crÃtico dos modelos apresenta uma dependÃncia nÃo trivial com o expoente &#945;. Precisamente, considerando as funÃÃes de escala e os expoentes crÃticos, concluÃmos que os sistemas passam pelo fenÃmeno de crossover entre duas classes de universalidade. Para &#945; &#8804; 3, o comportamento crÃtico à descrito pelos expoentes de campo mÃdio enquanto que para &#945; &#8805; 4 os expoentes pertencem à classe de universalidade de Ising 2D, para o modelo do votante majoritÃrio, e à classe da percolaÃÃo direcionada no caso do processode contato. Finalmente, na regiÃo 3< &#945; <4 os expoentes crÃticos variam continuamente com o parÃmetro &#945;. Revisamos o processo de contato simbiÃtico aplicando um mÃtodo alternativo para gerarmos estados quase estacionÃrios. Desta forma, realizamos simulaÃÃes de Monte Carlo em grafos completos, aleatÃrios, redes espacialmente incorporadas e em redes regulares. Observamos que os resultados para o grafo completo e redes aleatÃrias concordam com as soluÃÃes das equaÃÃes de campo mÃdio, com a presenÃa de ciclos de histerese e biestabilidade entre as fases ativa e absorvente. Para redes regulares, comprovamos a ausÃncia de biestabilidade e comportamento histerÃtico, implicando em uma transiÃÃo de fase contÃnua para qualquer valor do parÃmetro que controla a interaÃÃo simbiÃtica. E por fim, conjecturamos que a transiÃÃo de fase descrita pelo processo de contato simbiÃtico serà contÃnua ou descontÃnua se a topologia de interesse estiver abaixo ou acima da dimensÃo crÃtica superior, respectivamente. / We study through Monte Carlo simulations and finite-size scaling analysis the nonequilibrium phase transitions of the majority-vote model and the contact process taking place on spatially embedded networks. These structures are built from an underlying regular lattice over which long-range connections are randomly added according to the probability, Pij ~ r&#945; , where rij is the Manhattan distance between nodes i and j, and the exponent &#945; is a controlling parameter [J. M. Kleinberg, Nature 406, 845 (2000)]. Our results show that the collective behavior of those systems exhibits a continuous phase transition, order-disorder for the majority-vote model and active-absorbing for the contact process, at a critical parameter, which is a monotonous function of the exponent &#945;. The critical behavior of the models has a non-trivial dependence on the exponent &#945;. Precisely, considering the scaling functions and the critical exponents calculated, we conclude that the systems undergoes a crossover between distinct universality classes. For &#945; &#8804; 3 the critical behavior in both systems is described by mean-field exponents, while for &#945; &#8805; 4 it belongs to the 2D Ising universality class for majority-vote model and to Directed Percolation universality class for contact process. Finally, in the region where the crossover occurs, 3< &#945; <4, the critical exponents vary continuously with the exponent &#945;. We revisit the symbiotic contact process considering a proper method to generate the quasistatiorary state. We perform Monte Carlo simulations on complete and random graphs that are in accordance with the mean-field solutions. Moreover, it is observed hysteresis cycles between the absorbing and active phases with the presence of bistable regions. For regular square lattice, we show that bistability and hysteretic behavior are absence, implying that model undergone a continuous phase transition for any value of the parameter that controlled the symbiotic interaction. Finally, we conjecture that the phase transition undergone by the symbiotic contact process will be continuous or discontinuous if the topology considered is below or above of the upper critical dimension, respectively.

Estudamos o diagrama de fases para uma classe de modelos de Ising ferromagnéticos em $ \\mathbb^2 $, com campo magnético externo periódico. O campo externo assume dois valores: $ h $ e $ -h $, onde $ h> 0 $. Os sítios associados a valores positivos e negativos do campo externo, formam uma configuração em forma de tabuleiro de xadrez (nós chamamos de {\\it cell-board configuration}), com células retangulares de tamanho $ L_1 \\times L_2 $ sítios, de tal forma que o valor total do campo externo é zero. Como principal resultado, mostramos a presença de uma transição de fase de primeira ordem. A transição de fase existe para $ h <\\frac + \\frac $, onde $ J $ é uma constante de interação. A prova é construida usando o método de {\\it reflection positivity (RP)}. Aplicamos uma desigualdade que é normalmente referida como a estimativa de {\\it chessboard}. Além disso, incluímos uma região de unicidade da medida de Gibbs em $h>4J$, isto usando um critério baseado nas ideias de percolação em desacordo. / We study the low-temperature phase diagram for a ferromagnetic Ising model on $\\mathbb^2$, with a periodical external magnetic field. The external field takes two values: $h$ and $-h$, where $h>0$. The sites associated with positive and negative values of external field form a cell-board configuration with rectangular cells of sides $L_1\\times L_2$ sites, such that the total value of the external field is zero. As a main result, we show the presence of a first-order phase transition. The phase transition holds if $h<\\frac+ \\frac$, where $J$ is an interaction constant. We use the reflection positivity (RP) method. We apply a key inequality which is usually referred to as the chessboard estimate. Furthermore, we prove uniqueness for Gibbs measure in $h>4J$, using a uniqueness condition obtained in terms of disagreement percolation.