Objetivo principal desta dissertação foi verificar os efeitos da temperatura de laminação na formação de martensita induzida por deformação e na sua posterior reversão da martensita para austenita no aço inoxidável austenítico AISI 304L. O estudo foi predominantemente microestrutural e para análise e caracterização foram utilizadas as técnicas de microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura, difração de raios X, medidas de dureza Vickers e medidas de fases ferromagnéticas por ferritoscopia. As amostras foram inicialmente solubilizadas a 1100 ºC por uma hora, visando a dissolução de uma pequena quantidade residual de ferrita encontrada nas amostras na condição como recebida, depois laminadas em diferentes temperaturas, determinando-se curvas de endurecimento por deformação e de formação de martensita induzida por deformação em função do grau de deformação. Em seguida, foram realizados pré-recozimentos a 600 ºC, favorecendo apenas a reversão da martensita para austenita, de maneira que não ocorresse a recristalização. A quantidade e a temperatura de deformação apresentaram forte influência na quantidade de martensita formada, no endurecimento por deformação e na cinética de amolecimento durante o recozimento. Os pré-tratamentos realizados a 600 ºC causaram acentuada reversão da martensita, algum amolecimento e pequeno efeito no tamanho de grão recristalizado durante o posterior recozimento a 600 ºC. / The main objective of the present dissertation was to verify the effects of the rolling temperature on the formation of strain induced martensite and in its subsequent martensite reversion to austenite in a AISI 304L stainless steel. The study was predominantly microstructural and, for the analysis and characterization, several techniques have been used, namely optical microscopy, scanning electron microscopy, X-ray diffraction, Vickers hardness measurements and magnetic phase measurements, using the ferritoscope. The samples were initially solution annealed at 1100 ºC for one hour, aiming at the dissolution of a small quantity of the residual -ferrite found in the samples in the as-received condition; then rolling was performed at different temperatures, evaluating strain hardening and the strain induced martensite as a function of strain. Following, pre-annealing treatments at 600 ºC have been performed, favoring only the martensite to austenite reversion, in a way that no recrystallization would occur. Strain and temperature had a strong influence on the amount of formed martensite, on the strain hardening and on the softening kinetics during annealing. The pre-annealing treatments at 600 ºC caused an accentuated effect on the martensite reversion, some softening and a small effect on the recrystallized grain size during the subsequent annealing at 600 ºC.

Made available in DSpace on 2017-07-10T18:13:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Daniele M Albuquerque.pdf: 425418 bytes, checksum: 257e51c8fd4dccafbaa92e976f8b7c0e (MD5) Previous issue date: 2011-02-21 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The objective was to evaluate the water quality, performance, phenotypic sexing, corporal indexes, macro and micro composition, proximate composition, partial operating cost of Nile tilapia, GIFT strain, fed with diets formulated with probiotic Bacillus cereus var. Toyoi and Bacillus subtilis C-3102, during 113 days of cultivation in the sex reversal and nursery. Had been used 1200 post-larvae with an average initial weight of 24.7±0.50 mg. Fish were randomly distributed to a system of 24 aquaria of 0.03 m³ in a completely randomized design consisting of three treatments and eight replications, consisting of two probiotics and without probiotic. Initially during the sex reversal was considered an experimental unit, a aquarium containing 50 fish with a volume of 0.03 m³ and during the nursery an aquarium with 30 fingerlings. The data of performance, body índices, indexes, macro and micro composition, partial operation costs were subjected to ANOVA with 5% significance level, and sex ratio data were subjected to chi-square (&#967;2). There were differences (p<0.05) in the parameters of final weight, weight gain, average daily weight gain, specific growth rate, final biomass, biomass gain during sex reversal and nursery. Except for the specific growth, the fishes of nursery showed values of performance higher than sexual reversion. There was no association between the proportion of males and females (&#967;2=1.42, p=0.4926) and inclusion of the probiotics. There were no differences (p<0.05) in the indexes, proximate composition of the fishes fed with probiotics or absent in the rations. The inclusion of any of probiotics was influenced (p=0.00458) on calcium levels under carcass of the juveniles in relation to fish absent of probiotics. The COP was affected significantly (p=0.02159) for the treatment with Bacillus subtilis in its formulation in comparison to fish that were not fed probiotics. There was an increased colonization by bacteria and total coliforms during the nursery in relation to sex reversal (p<0.05). The utilization of the Bacillus subtilis and Bacillus cereus improves the performance and partial operating cost, and doesn t negatively affect the corporal indexes, intestinal microbiology, proximate composition, macro and micronutrients in the cultive fingerlings of Nile tilapia, GIFT strain. / Objetivou-se avaliar qualidade de água, desempenho produtivo, sexagem fenotípica, índices corpóreos, composição centesimal, macro micronutrientes, custos operacionais parciais (COP) e microbiologia intestinal de tilápia do Nilo, linhagem GIFT, alimentadas com ração formulada com probióticos Bacillus cereus var. Toyoi e Bacillus subtilis C-3102, durante 113 dias de cultivo nas fase de reversão sexual e alevinagem. Foram utilizados 1200 pós-larvas com peso médio inicial de 24,7±0,50 mg. Os peixes foram distribuídos aleatoriamente em um sistema de 24 aquários de 0,03 m³ num delineamento inteiramente casualizado composto por três tratamentos e oito repetições, constituído por dois probióticos e, tratamento isento de probiótico. Inicialmente na fase de reversão sexual considerou-se uma unidade experimental um aquário contendo 50 peixes com volume útil de 0,03 m³ e, na fase de alevinagem um aquário contendo 30 peixes. Os dados de desempenho produtivo, índices corporais, composição centesimal, macro e micronutrientes, COP e microbiologia intestinal foram submetidos à ANOVA a 5% de significância e, sexo fenotípico foi submetido ao Qui-Quadrado (&#967;2). Houve diferenças (p<0,05) entre as fases de reversão sexual e alevinagem nos parâmetros peso final, ganho em peso médio diário, crescimento específico, ganho em biomassa. Exceto o crescimento específico, os peixes da fase de alevinagem apresentaram valores de desempenho superiores aos da fase de reversão sexual. Não houve associação entre a proporção de machos e fêmeas (&#967;2 =1,42; p=0,4926) e a inclusão de probióticos. Não houve diferenças (p>0,05) nos índices corporais, composição centesimal dos peixes alimentados com probióticos ou ausentes nas rações. A inclusão de quaisquer dos probióticos foi influenciada (p=0,00458) sobre valores de cálcio na carcaça dos alevinos em relação aos peixes ausentes de probióticos. O COP foi afetado significantemente (p=0,02159) para o tratamento que continha na sua formulação Bacillus subtilis em comparação aos peixes que não foram alimentados de probióticos. Houve uma maior colonização por bactérias totais e coliformes totais na fase de alevinagem em relação à fase de reversão sexual (p<0,05). A utilização de Bacillus subtilis ou Bacillus cereus melhora o desempenho produtivo e custos operacionais parciais e, não afetam negativamente os indices córporeos, microbiologia intestinal, composição centesimal, macro e micronutrientes no cultivo de alevinos de tilápia do Nilo, linhagem GIFT.

Nos últimos anos, devido ao elevado preço do níquel, uma nova série de aços inoxidáveis austeníticos com um menor teor de níquel foi criada. A essa nova série foi dado o nome de série 200. Dentre os aços dessa classe, o AISI 201 tem sido utilizado em aplicações onde a elevada resistência à corrosão não é tão necessária. Neste trabalho de Mestrado investigou-se a formação e a reversão da martensita induzida por deformação em um aço inoxidável austenítico AISI 201 laminado a frio em 20, 40 e 60% de redução em espessura. Das chapas laminadas foram retiradas amostras que foram recozidas em várias temperaturas (200-800oC) por 1 hora. Amostras do material laminado em 60% de redução em espessura também foram recozidas por várias temperaturas (200-800oC) e por vários tempos (5-180min). Com isso, avaliou-se a evolução microestrutural do material durante a laminação frio e durante o recozimento por meio de medidas de microdureza Vickers, microscopias óptica, eletrônica de varredura e eletrônica de transmissão, difração de elétrons retroespalhados, difração de raios X e medidas de magnetização. Além disso, foram realizados cálculos termodinâmicos para a previsão da formação de fases nesse material. Constatou-se que o material de partida não era completamente austenítico, possuindo uma pequena fração de ferrita ? residual em sua microestrutura. Com relação às medidas de magnetização, observou-se que a fração de fase ferromagnética (martensita) aumenta com o aumento da deformação, aumentando a magnetização de saturação (Ms) do material. Para pequenas deformações (20% de redução em espessura) houve a ocorrência de um pico no valor de campo coercivo do material (Hc). Com o aumento da deformação (40 e 60%) os valores de Hc diminuíram. Com relação à reversão da martensita induzida por deformação durante os recozimentos, observou-se que ela ocorre na faixa de temperatura de 500-700oC para o material laminado em 60% de redução em espessura. O comportamento do material nesse estudo corrobora o que tem sido reportado na literatura para os aços da série 300. Entretanto, pouco tem sido publicado com relação às propriedades magnéticas do aço inoxidável austenítico AISI 201, principalmente com relação ao campo coercivo. Neste trabalho também foram realizadas medidas de magnetização durante o recozimento das amostras (condição in situ). Os parâmetros obtidos desses experimentos in situ foram comparados com aqueles obtidos para as amostras recozidas isotermicamente. / In the last years, since nickel price increased, another series of austenitic stainless steel with less amount of nickel has emerged: the series 200. The AISI 201 stainless steel has been used where intermediated corrosion resistance is needed. In this work, the formation of strain-induced martensite and its reversion in an AISI 201 austenitic stainless steel were studied. The material was characterized in terms of microstructure and then cold rolled up to 20, 40 and 60% of thickness reduction. For all degree of reduction, samples were annealed at several temperatures (200-800oC) for 1 hour. Additional samples taken from the 60% cold-rolled material were also annealed at several temperatures (200-800oC) for several times (5-180minutes). The microstructural evolution during cold rolling and annealing was evaluated using microhardness Vikers testing, light optical microscopy, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, electron backscatter diffraction, X-Ray diffraction and magnetization measurements. Phase predictions were also performed using software Thermo-calc©. It was observed that the as-received material was not fully austenitic. It has a small fraction of ?-ferrite within its matrix. The amount of ferromagnetic phase (martensite) increases with increasing deformation. For small deformation (20%), there is a peak in the coercive field of the material (Hc). As deformation increases, Hc values decrease. It was also observed that the martensite reversion takes place at 500-700oC. The behavior of the material is in accordance with what has been reported in the literature for the 300 series. However, only few works have been reported concerning AISI 201 stainless steel and its magnetic properties. In this work, magnetic measurements were also carried out during annealing (in situ condition). The obtained parameters from the in situ magnetic measurements were compared to those ones obtained from the isothermally annealed samples.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-05-04T13:32:38Z No. of bitstreams: 1 alexandreribeiroscarcioffolo.pdf: 4637086 bytes, checksum: cbb9a83bf6c45d454a12c1cc4deec75e (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-06-07T15:31:40Z (GMT) No. of bitstreams: 1 alexandreribeiroscarcioffolo.pdf: 4637086 bytes, checksum: cbb9a83bf6c45d454a12c1cc4deec75e (MD5) / Made available in DSpace on 2016-06-07T15:31:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 alexandreribeiroscarcioffolo.pdf: 4637086 bytes, checksum: cbb9a83bf6c45d454a12c1cc4deec75e (MD5) Previous issue date: 2015-05-13 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Nesse estudo analisamos o caso de um projeto de parque eólico participante do mercado atacadista de compra e venda de eletricidade no Estado de Ohio (EUA) em dois cenários: (1) alugando o terreno de instalação do parque (prática atual) e (2) comprando o terreno de instalação visando a operação no mercado agrícola do milhono intuito de diminuir, pelo mecanismo da diversificação, os riscos da geração de receita pelo parque eólico, com a flexibilidade de esperar o melhor momento para investir, o que só irá acontecer nos cenários em que o valor presente dos fluxos de caixa for igual ou superior ao investimento inicial. Dois horizontes de operação (20 e 30 anos) serão considerados. A avaliação financeira foi baseada na Teoria das Opções Reais, que permite a consideração das flexibilidades gerenciais no valor do projeto. Uma importante inovação do trabalho consiste na incorporação de fatores sazonais nos saltos dos preços da eletricidade no Estado de Ohio, adaptando o processo estocástico de geração de preços para a realidade do mercado. Além disso, o presente estudo analisou uma nova possibilidade para os geradores eólicos, que consiste na compra do terreno de instalação visando a operação no mercado agrícola do milho. Foram consideradas como incertezas os preços da eletricidade um dia a frente do mercado atacadista no Estado de Ohio (LMP) e o preço do grão do milho recebido pelo produtor. Para o LMP, foi adotado o Modelo Geométrico de Reversão a Média com Saltos de Clewlow, Strickland e Kaminski (2000), com as devidas modificações sazonais, e para o preço do grão de milho foi utilizado o Modelo Geométrico de Reversão a Média 1 de Schwartz. Os resultados indicam que o projeto eólico no primeiro cenárioe em ambos os horizontes de operação não apresenta viabilidade financeira, sendo exercida a opção de espera por novas informações. Tal fato pode ser explicado pelo baixo valor do preço da eletricidade no mercado atacadista e pelo perfil ineficiente de geração da região, além da recente eliminação do subsídio PTC. Em relação ao segundo cenário, houve apenas um momento na simulação na qual houve níveis de preços capazes de gerar um projeto financeiramente viável em ambos os horizontes de operação. Contudo, mesmo a regra de decisão do segundo cenário apresentando um cenário com valor positivo, a opção de espera para realizar o investimento se apresenta como a melhor escolha do investidor, pois a probabilidade de ocorrência de tais níveis de preços são ínfimas. A comparação entre os dois cenários demonstrou que a incorporação do terreno pelo investidor é melhor que o aluguel, em ambos os horizontes de operação e em todos os momentos da simulação. Entretanto, ainda assim, a instalação de parques eólicos no norte do Estado de Ohio operando no mercado atacadista é financeiramente inviável, mesmo havendo um incremento na diversificação do projeto. Tal resultado sinaliza que o setor não está preparado para operar no mercado atacadista no norte do Estado de Ohio, havendo a necessidade de novos esforços para que isso ocorra, a despeito do governo americano vir trabalhando para aumentar a participação das renováveis na matriz energética americana (o principal programa adotado pelo Estado de Ohio, Renewable Portfolio Standards - RPS, pretende aumentar a partição das renováveis em 12,5% até o ano de 2024). / In this study we analyze the case of a wind energy generator’s project, which is a wholesale market participant in the Ohio electricity market in two scenarios: 1) renting the land of the turbines installation (usual practice), and 2) buying the land in order to commercialize the corn grain productionshortening the revenue risk by diversification mechanism. Both scenarios havea flexibility to wait the right moment to invest, in which it will happen when the present value of the cash flow is greater than the initial cost of installation. Two horizons of production, 20-years and 30-years, will be considerate in this study. The financial viability was based on Real Options Theory, which allows the consideration of managerial flexibility in the project value. An important innovation of the study consists in the incorporation of a seasonal factor of the spikes of Ohio electricity prices, adapting the stochastic process of generation prices to market reality. Also, the study analyzed a new possibility to the wind energy generator’s projects, in which the investor would buy the land of turbines installation in order to operate at the corn grain market. The electricity prices at the Ohio wholesale market, LMP, and the price of corn grain received by the farmers are the uncertainties considered in this study.The stochastic process to simulate LMP was the mean-reverting jump diffusion model of Clewlow, Strickland and Kaminski (2000), with seasonal changes, and the corn price uncertainty, was based on Schwartz 1 Mean Reversion Model. The results indicate that the wind energy generator’s project at the first scenario and at both production horizons, 20-years and 30-years, does not present financial viability, in which the flexibility of waiting the right moment to invest still on. It could be explained by the lower price levels of the electricity wholesale market, and the inefficient generation profile of the project region. In addition, the PTC elimination could affect the result. The second scenario provided a slightly different result. On the second scenario, there was only one moment at the price simulation, in which there were price levels capable of generating a financially viable project in both operating horizons. Yet, even the second scenario decision rule presented a scenario with a positive value, the wait option to carry out the investment itself is the best choice of the investor, because the likelihood of such price levels are negligible. The comparison between the two scenarios demonstrated that the incorporation of land by investor generated a positive value to the project, in which those results are greater than the first scenario at both production horizons, 20-years and 30-years, and at all price simulations. Therefore, the present study demonstrated that the wind energy generator’s project in Northern Ohio operating at the wholesale electricity market is cost-prohibitive, even with the increasing of diversification.This result indicates that the wind energy generators are not prepared to just operate at the wholesale electricity market in Northern Ohio, indicating the sector needs new efforts to make this a real possibility, despite the US government has been working to increase the share of renewable energy sources in the US (the main program adopted by the State of Ohio, renewable Portfolio Standards - RPS, aims to increase renewable partition by 12.5% by the year 2024).

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-06-08T19:22:26Z No. of bitstreams: 1 danilotoscano.pdf: 27568683 bytes, checksum: f844e19659c551e6e7a4e5b53adf1497 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-06-26T20:13:05Z (GMT) No. of bitstreams: 1 danilotoscano.pdf: 27568683 bytes, checksum: f844e19659c551e6e7a4e5b53adf1497 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-26T20:13:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 danilotoscano.pdf: 27568683 bytes, checksum: f844e19659c551e6e7a4e5b53adf1497 (MD5) Previous issue date: 2015-02-25 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Durante as últimas décadas a dinâmica da magnetização em sistemas nano-estruturados tornou-se um assunto de importância fundamental não apenas para o Micromagnetismo, mas também às suas aplicações tecnológicas. Nanomagnetos são sistemas interessantes para estudar estruturas magnéticas exóticas, tais como vórtices, skyrmions e paredes de domínio. A compreensão das propriedades estáticas e dinâmicas dessas configurações de spins em nano-escala é um requerimento crucial para a realização de futuros dispositivos baseados em spintrônica. Devido à anisotropia de forma que se origina da interação dipolar, as configurações magnéticas que surgem em sistemas nano-estruturados são bastante sensíveis à forma geométrica e às dimensões do nanomagneto. Este trabalho é focado no estudo de nanomagnetos planares, nos formatos de disco e fita, feitos com um material magnético macio como o Permalloy. O vórtice magnético é observado num nanodisco com dimensões adequadas, porque ele é um estado intermediário entre os regimes de mono e multi-domínio. Sob condições apropriadas, uma única parede de domínio transversal pode ser experimentalmente injetada num nanofio retangular. Tanto o núcleo do vórtice quanto a parede de domínio comportam-se como quasipartículas, cujas propriedades podem ser manipuladas por um agente externo (campo magnético ou corrente de spin-polarizado). Para pequenas amplitudes de excitação, é sabido que o núcleo do vórtice descreve um movimento circular (modo girotrópico), enquanto que a parede de domínio transversal fica restrita a um movimento unidimensional. Neste regime, cada quasipartícula evolui sem mudar a sua polaridade; uma propriedade estrutural associada a um estado duplamente degenerado. Para uma amplitude de excitação forte o suficiente, a quasipartícula sofre uma deformação na sua estrutura, tal que a ocorre a inversão da polaridade. Do ponto de vista tecnológico, o controle do mecanismo de reversão da polaridade é fundamental, porque essa degenerescência de dois estados pode funcionar como "zero"ou "um", sendo útil para codificar informação no armazenamento de dados ou mesmo para realizar operações lógicas. Alguns trabalhos reportaram que nanomagnetos contendo defeitos podem influenciar ou modificar fortemente a dinâmica da quasipartícula. Imperfeições são geradas durante o processo de fabricação dos nanomagnetos, ou então elas podem ser intencionalmente incorporadas para uma finalidade específica. Como exemplo, a fim de controlar o movimento da parede de domínio é muito importante impor determinadas posições ao longo do nanofio onde a parede possa parar. Há várias maneiras de se estabelecer tais pontos críticos para a quasipartícula. Variações na geometria do nanomagneto, cavidades, entalhes e assim por diante podem ser classificadas como defeitos não-magnéticos. Em geral, esse tipo de defeito funciona como um centro atrator para a quasipartícula. Um defeito magnético surge a partir de uma falta de homogeneidade do meio magnético, ou seja, uma variação local das propriedades magnéticas. Num trabalho anterior, nosso grupo modelou uma impureza magnética como uma variação local da constante de troca. Como um resultado imediato da inserção de uma impureza magnética no nanomagneto, demonstramos via simulações numéricas, que impurezas magnéticas podem induzir dois tipos de armadilhas para a quasipartícula: uma redução local da constante de troca corresponde a um sítio de aprisionamento (poço de potencial), enquanto que um aumento local da constante de troca representa um sítio de bloqueio (barreira de potencial). Esta tese investiga a dinâmica da quasipartícula confinada por uma distribuição de impurezas magnéticas: para o caso do núcleo do vórtice considerou-se um anel de impurezas, concêntrico ao nanodisco; para o caso da parede de domínio foi considerado dois aglomerados de impurezas, idênticos e equidistantes do eixo da largura do nanofio. Os resultados obtidos para o nanodisco modificado mostraram que é possível modular a frequência girotrópica do núcleo do vórtice, que depende fortemente da razão de aspecto do disco (espessura/diâmetro). Num disco com o anel de impurezas, um ajuste fino na frequência girotrópica pode ser obtido pela variação dos parâmetros do anel. Além disso, foi observado que a inversão da polaridade do núcleo do vórtice pode ocorrer devido à interação entre o núcleo do vórtice com o anel; a reversão da polaridade num disco com o anel requer amplitudes de excitação menores do que aquelas requeridas no disco sem o anel. Os resultados obtidos para o nanofio modificado indicaram que é possível controlar posição da parede de domínio transversal; a parede pode ser de movida de um aglomerado até o outro pela simples inversão do sentido do campo magnético aplicado. A reversão da polaridade da parede de domínio transversal também foi investigada e o uso dessa distribuição de impurezas mostrou-se útil para estabilizar o movimento da parede que ocorre após a inversão da polaridade; assim a mudança da polaridade ocorre de uma forma rápida e reversível. Como um exemplo de aplicação desse nanofio modificado, propomos o seu uso como uma célula num dispositivo de memória não-volátil, que usa 2 bits por célula; ou seja, a informação pode ser armazenada tanto na posição quanto na polaridade da parede de domínio transversal. Embora os resultados apresentados aqui sejam para simples distribuições de impurezas magnéticas acreditamos que as suas consequências possam ser planejadas e estendidas para o desenvolvimento e realização de futuros dispositivos. / During the last decades the magnetization dynamics in nanostructured systems has become a subject of relevance from fundamental micromagnetism as well as for their new potential technological applications. Nanomagnets are interesting systems to study exotic magnetic structures like vortices, skyrmions and domain walls. The detailed understanding of the static and dynamic properties of these nanoscale spin configurations is a crucial requirement for the realization of future spintronic device. Due to the shape anisotropy that originates from dipolar interaction, the magnetic configurations that emerge in nanostructured systems are very sensitive to the geometric form and dimensions of the nanomagnet. This work is focused on the study of planar nanomagnets, in the formats of disk and strip, made of a soft magnetic material like Permalloy. The magnetic vortex is observed in a nanodisk with appropriate dimensions, because it is an intermediate state between the mono and multi-domain regimes. Under suitable conditions, a single transverse domain wall can be experimentally injected into a rectangular nanowire. Both the vortex core and the wall behaves as a quasiparticle, whose the properties can be manipulated by an external agent (magnetic field or spin polarized current). At low excitation amplitudes, it is known that the vortex describes a circular movement, whereas the wall is restricted to an unidirectional movement. In this regime, each quasiparticle evolves without changing its polarity; a structural property associated with a two-fold degenerate state. For an excitation amplitude strong enough, the quasiparticle experiences a deformation on its structure so that, it occurs the switching of the polarity. From the technological point of view, the control of the polarity reversing mechanism is fundamental, because this two-fold degeneracy can work as "zero"or "one", being useful to encode information for data storage or even to perform logical operations. Some works reported that nanomagnets containing defects can influence or modify strongly the dynamic of the quasiparticle. Imperfections are generated during the fabrication process of the nanomagnets or else they can be intentionally incorporated for a specific purpose. As an example, in order to control the domain wall motion it is very important to impose certain positions along the nanowire where the wall can stop. There are several means of establishing such critical points for the quasiparticle. Variations of geometry, cavities, notches, and so on can be classified as non-magnetic defects. Generally, this type of defect acts as a pinning site for the quasiparticle. A magnetic defect emerges from an inhomogeneity of the magnetic environment, in other words, a local variation of the magnetic properties. In a previous study, our team has modeled a magnetic impurity as a local variation of the exchange constant. As an immediate result of the insertion of a magnetic impurity into a nanomagnet, we have demonstrated via numerical simulations that magnetic impurities can induce two types of traps for the quasiparticle: a local reduction of the exchange constant corresponds to a pinning site (potential well), whereas a local increase of the exchange constant represents a blocking site (potential barrier). This thesis investigates the dynamic of the quasiparticle confined by a distribution of magnetic impurities: for the case of the vortex core it has been considered a ring of impurities, concentric to the nanodisk; and for the case of the domain wall it has been considered two clusters of impurities, identical and equidistant from the nanowire width axis. The found results for the modified nanodisk have shown that it is possible to modulate the gyrotropic frequency that depends strongly on the disk aspect ratio (thickness/diameter). In a disk with the ring of magnetic impurities, a fine tuning of the gyrotropic frequency can be obtained by varying of the ring parameters. Furthermore, it was found that the polarity switching of the vortex core can occur due to the interaction between the vortex core and the ring; the polarity reversing in a disk with a ring requires smaller excitation amplitudes than the disk without the ring does. The found results for the nanowire have indicated that it is possible to control the transverse domain wall position; the wall can be moved from a cluster to the other by simply reversing of the magnetic field direction. The switching of the transverse domain wall polarity was also investigated and the use of this impurity distribution demonstrated to be useful to stabilize the motion wall motion after occurring polarity reversal; thus the changing of the polarity occurs in a fast and reversible way. As an example of the application of this modified nanowire, we propose its use as a cell in a nonvolatile memory device based on 2 bits per cell, in other words, the information can be encoded in the position as well as the polarity of the transverse domain wall. Although the results presented here are for a very simple distribution of magnetic impurities, we believe their consequences can be planned and extended for the design and realization of future devices.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-06-28T14:29:11Z No. of bitstreams: 1 damiaodesousavieirajunior.pdf: 10265456 bytes, checksum: 8b1ceaeb4c4be0e91a46c2d30add7349 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-08-07T21:17:55Z (GMT) No. of bitstreams: 1 damiaodesousavieirajunior.pdf: 10265456 bytes, checksum: 8b1ceaeb4c4be0e91a46c2d30add7349 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-07T21:17:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 damiaodesousavieirajunior.pdf: 10265456 bytes, checksum: 8b1ceaeb4c4be0e91a46c2d30add7349 (MD5) Previous issue date: 2016-02-03 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O contínuo desenvolvimento das técnicas de fabricação de estruturas em escala nanométrica, com considerável precisão e reprodutibilidade, tem permitido e estimulado a investigação científica em torno das propriedades básicas e novas aplicações tecnológicas desses sistemas. Especialmente a partir dos anos 90, é crescente o interesse da comunidade científica no comportamento de sistemas magnéticos nano-estruturados. Nestes, a quebra da simetria espacial devido às pequenas dimensões faz com que exibam comportamentos completamente distintos dos observados em amostras macroscópicas. A anisotropia de forma resultante das interações clássicas entre os dipolos magnéticos permite a formação de estruturas magnéticas exóticas em nanomagnetos como vórtices, skyrmions, paredes de domínio individuais e, até mesmo, excitações topológicas similares a monopolos magnéticos. A compreensão e controle do comportamento magnético estático e dinâmico dessas estruturas é fundamental para o desenvolvimento de novos dispositivos tecnológicos baseados em spintrônica. Neste trabalho foram estudadas nanopartículas planares, alongadas na forma elíptica, de material ferromagnético macio, especificamente o Permalloy-79. Tais nanopartículas tem atraído atenção devido ao seu potencial de aplicação prática no desenvolvimento de novos sensores, dispositivos de lógica, mídias de armazenamento de dados de alta densidade e dispositivos MRAM (Magnetic Random Access Memory). Pelo viés do interesse científico básico, tais nano-ilhas ferromagnéticas são a unidade fundamental em arranjos magnéticos bidimensionais geometricamente frustrados, como sistemas de gelo de spin artificiais. Nestes sistemas o arranjo geométrico das ilhas quebra a degenerescência do estado fundamental da rede, caracterizando um estado de frustração geométrica que permite excitações de comportamento análogo ao de monopólos magnéticos. Sob tais aspectos, é essencial caracterizar as configurações magnéticas no estado fundamental e os processos de reversão da magnetização em nanopartículas individuais. A forma elíptica planar gera uma forte anisotropia magnética, definindo duas configurações fundamentais para a magnetização do estado fundamental das nanopartículas: o estado de vórtice ou o estado alinhado ao longo do maior eixo — estado tipo C. A partir de uma razão de aspecto limite, a magnetização do estado fundamental é confinada no plano e ao longo do eixo maior de cada nano ilha, definindo um nanomagneto monodomínio com dois estados degenerados de magnetização, útil às aplicações previamente descritas. Partindo desse intuito estudamos inicialmente, através de simulação por dinâmica de spin, a competição entre os estados de vórtice e os estados alinhados tipo C como uma função da forma de cada nano-ilha elíptica, construindo um diagrama de fases de estados vórtice - tipo C. Cada nanopartícula magnética é modelada por momentos magnéticos que interagem via interação de troca entre primeiros vizinhos e por interação dipolar clássica de longo alcance. Nossos resultados mostram que é possível fabricar nano-ilhas alongadas com estado fundamental alinhado tipo C em razões de aspecto menores que dois. Este é um resultado interessante do ponto de vista tecnológico, pois permite usar ilhas menores que as atuais em pesquisas com gelos de spin e MRAM. Geralmente, os arranjos experimentais são feitos com nanopartículas de razão de aspecto próximas a três para garantir o estado fundamental alinhado da magnetização. Acrescentando ao modelo um termo de interação Zeeman com um campo magnético externo, estudamos o comportamento da reversão da magnetização nas nanopartículas. Consideramos espessuras diferentes e duas razões de aspecto distintas: uma do tamanho experimental usual e outra menor proposta a partir de nossos resultados. Aplicando campo magnético senoidal em diferentes frequências e em direções distintas no plano das nanoilhas, observou-se a dependência dos processos de reversão em função da espessura das partículas e com a direção e frequência do campo aplicado. Os resultados permitem traçar linhas gerais acerca do comportamento da reversão da magnetização nas nanopartículas individuais sob campo magnético externo. Evidentemente para o desenvolvimento das possíveis aplicações tecnológicas, inclusive o controle de excitações como monopólos magnéticos em gelos de spin, é crucial entender os processos ultra rápidos de reversão da magnetização, o que envolve a aplicação de campo externo de alta frequência em direções cuidadosamente definidas. Com esse objetivo, também estudamos a reversão da magnetização nas nano-ilhas por pulsos curtos de campo magnético (da ordem de nanosegundos) aplicados em diferentes direções. Observamos uma forte dependência da coerência da reversão da magnetização com a direção do campo aplicado e uma significante diferença na dependência angular da coercividade em relação ao observado em trabalhos prévios para campos aplicados na condição quase-estática. Finalmente, baseado em nossos resultados, propomos um método para o controle da reversão coerente da magnetização de nanopartículas individuais em matrizes quadradas de gelos de spin artificiais. Acreditamos que nossos resultados poderão ser úteis no desenvolvimento ulterior de arranjos magnéticos artificiais geometricamente frustrados e no controle das excitações topológicas destes sistemas. / The continuous development of structures fabrication techniques at the nanometer scale with considerable precision and reproducibility has allowed and encouraged scientific research around the basic properties and new technological applications of these systems. Especially from the 90's, there is growing interest of the scientific community in the behavior of nanostructured magnetic systems. In these, the breaking of spatial symmetry due to small dimensionality causes quite different behaviors from those observed in the bulk. The resulting shape anisotropy of the classical interaction between magnetic dipoles allows the formation of exotic magnetic structures in nanomagnets as vortices, skyrmions, single domain walls and even topological excitations similar to magnetic monopoles. The understanding and control of static and dynamic magnetic behavior of these structures is essential for the development of new technological devices based on spintronics. In this work we studied planar elongated nanoparticles in the elliptical shape of soft ferromagnetic material, specifically the Permalloy-79. Such nanoparticles have attracted attention because of their potential to practical application in the development of new sensors, logic devices, high density data storage media and MRAM (Magnetic Random Access Memory) devices. By the bias of basic scientific interest, such ferromagnetic nano-islands are the fundamental unit in two-dimensional magnetic arrangements geometrically frustrated as artificial spin ice systems. In these systems, the geometric arrangement of islands break the degeneracy of the network ground state featuring a state of geometrical frustration that allows excitations with analogous behavior of magnetic monopoles. Under these aspects, it is essential to characterize the magnetic configurations in the ground state and the magnetization reversal processes in individual nanoparticles. The elliptical planar shape generates a strong magnetic anisotropy which defines two basic configurations for the magnetization of the ground state of the nanoparticles: the vortex state or the aligned state along the major axis - type C state. As from an aspect ratio limit value, the magnetization of the ground state is confined in the plane and along the major axis of each nano-island defining mono-domain nanomagnet with two degenerate states of magnetization, useful for the applications previously described. Starting from this purpose we study initially, through simulation by spin dynamics, the competition between the vortex states and aligned type C states as a function of the shape of each elliptical nano-island to build a states diagram. Each magnetic nanoparticle is modeled by magnetic moments that interact by exchange interaction between nearest neighbors and by the classical long-range dipolar interaction. Our theoretical results indicate the possibility to manufacture elongated nano-islands with ground state like aligned C state for aspect ratios less than two. This is an interesting result from the technological point of view because it will be possible to use smaller islands in researches on spin ice and MRAM. Generally, the experimental arrangements are made with nanoparticles of aspect ratio close to three to ensure aligned magnetization in the ground state. Adding to the model a Zeeman interaction term between the magnetic moments and an external magnetic field we study the behavior of the magnetization reversal in nanoparticles. We consider different thickness and two different aspect ratios: one in the usual experimental size and a smaller proposed from our results. Applying sinusoidal magnetic field at different frequencies along the anisotropy axis in directions of ten and forty-five degrees from this, we observed the dependence of the reversal processes on the thickness of the particles and with the direction and frequency of the applied field. The results allow to establish general guidelines about the magnetization reversal behavior of the individual nanoparticles under external magnetic field. Evidently, for the development of possible technological applications, including the control of excitation like magnetic monopoles in spin ice, it is crucial to understand the ultrafast magnetization reversal processes which involves the application of high frequency magnetic fields in carefully defined directions. With this aim, we also studied the magnetization reversal of the nano-islands by short pulses of magnetic field (of the nanosecond order) applied in different directions. We observed a strong dependence on the coherence of the magnetization reversal with the direction of the applied field and a significant difference in the angular dependence of the coercivity compared to those seen in previous studies with applied magnetic fields in quasistatic conditions. Finally, based on our results we propose a method for the control of the coherent magnetization reversal of individual nanoparticles in square artificial spin ice arrays. We believe that our results may be useful in further developments of geometrically frustrated magnetic artificial arrangements and in the control of the topological excitations of these systems.

Hormônios glicocorticóides (GCs), através do receptor de glicocorticóide (GR), bloqueiam o processo de inflamação, suprimem a ativação do sistema imune e atuam como agentes inibidores do crescimento, in vitro e in vivo. GR interage com outros fatores de transcrição, como AP-1 e NF-&#954;B. Para estudar o mecanismo de ação de GCs, utilizamos o modelo celular ST1, variante da linhagem C6 de glioma de rato, que é hiper-sensível a GCs. O tratamento hormonal induz completa reversão fenotípica tumoral-normal, bem como inibição dos níveis basal e induzido por TNF-&#945; da atividade de ligação a DNA do fator de transcrição NF-&#954;B. O papel de NF-&#954;B na reversão fenotípica de células ST1, induzida por GCs, foi analisado por: (1) bloqueio da expressão da subunidade RelA de NF-&#954;B através de construções \"antisense\"; (2) inibição da atividade NF-&#954;B com o anti-oxidante curcumina. Após transfecção estável, foram isolados 12 clones transfectados com o vetor pOPI3-RelA(as), expressando o mRNA de RelA na orientação reversa, e 9 clones transfectados com o vetor parental pOPI3CAT. A proliferação destes clones foi analisada através de curvas de crescimento e eficiência de plaqueamento em suspensão de agarose. Não foi possível correlacionar a expressão de RelA com a proliferação celular, pois tanto os clones ST1-RelA(as) como alguns clones ST1-pOPI3CAT apresentaram menor taxa de crescimento e eficiência de plaqueamento em agarose, quando comparados com a célula parental ST1. Curcumina foi capaz de inibir a proliferação e a atividade de ligação a DNA do fator de transcrição NF-&#954;B, indicando que este fator é importante no controle da proliferação das células ST1. A atividade de AP-1 também é modulada negativamente por GC, sugerindo que a inibição da proliferação mediada por GC em células ST1 se dá através da inibição conjunta de NF-&#954;B e AP-1. / Glucocorticoid hormones (GC) bind to their receptor (GR), which acts as a transcription factor in the nucleus, blocking the inflammation process, suppressing activation of the immune system and acting as a growth-repressor and as anti-tumor agent both in vivo and in vitro. GR interacts with other transcription factors, such as AP-1 and NF-&#954;B. To study the mecanism of action of GC, we have been using the ST1 cell model, a variant of the C6 glioma cell line, which is hyper-responsive to GC. Hormonal treatment leads ST1 cells to a dramatic tumoral-normal phenotypic reversion. We previously showed that GCs are able to repress both the basal and the TNF-&#945;-induced levels of NF-&#954;B DNA binding activity in ST1 cells. The role of NF-&#954;B in the tumoral-normal phenotypic reversion induced by GC in ST1 cells was analysed by: (1) blocking the RelA subunit of NF-&#954;B by expression of an antisense construct; (2) inhibition of NF-&#954;B activity by treatment with curcumin (antioxidant). Upon stable transfection, we isolated 12 clones transfected with pOPI3-RelA(as) vector, which express reverse RelA mRNA, and 9 clones transfected with the empty pOPI3CAT vector. Cell proliferation of isolated clones was evaluated by growth curves and soft-agar assays. It was not possible to correlate RelA expression with cell proliferation since both types of clones (transfected with the pOPI3-RelA vector or with the empty vector) displayed a lower growth rate in monolayer culture, and decreased capacity to form colonies in semi-solid substrate, when compared to the non-transfected parental ST1 cell line. Curcumin was able to inhibit ST1 cell proliferation, as well NF-&#954;B DNA-binding, indicating the importance of NF-&#954;B in ST1 cells\' growth control. AP-1 activity is also downregulated by GC, suggesting that GC-mediated inhibition of cell proliferation in ST1 cells is results from concomitant inhibition of NF-&#954;B and AP-1.

O objetivo deste trabalho foi estudar o processo pelo qual hormônios e fatores de crescimento controlam a proliferação celular em mamíferos. O modelo experimental utilizado foi linhagens de células estabelecidas em cultura. Os estudos centraram-se em dois tipos básicos de células: fibroblastos e células adrenais e o ataque experimental foi feito sob dois pontos de vista: bioquímico e genético. O ataque bioquímico envolveu desenvolver estudos cinéticos da síntese de DNA não só durante o carenciamento de células para soro, como também durante a reestimulação de células carenciadas por:soro, hormônios e fatores de crescimento. Medidas do conteúdo intracelular de cAMP foram efetuadas com o intuito de adquirir informações à respeito do mecanismo de ação destes fatores. Um modelo de ciclo celular foi proposto no qual o controle do crescimento seria exercido através de reguladores positivos e negativos que agiriam estimulando ou inibindo a passagem de células do estado de repouso (Go) para a fase proliferativa. Entre os reguladores positivos (estimuladores) do sistema fibroblasto, encontra-se hormônios clássicos, como esteróides e insulina, e fatores de crescimento de natureza hormonal como EGF, PF (fator proteico extraído de glândulas pituitárias) e prostaglandina F2&#945;. O esteróide hidrocortisona pode agir como regulador negativo, inibindo o crescimento de fibroblastos. Medidas do período de tempo transcorrido desde a estimulação de células carenciadas (Go), até o aparecimento da onda de síntese de DNA (período definido operacionalmente como Gl) foram feitas. Em fibroblastos 3T3 este período foi de 12 a 13 horas tanto para células estimuladas com soro como com hormônios clássicos (hidrocortisona, insulina) ou fatores de crescimento (EGF, PF) ou ainda com combinações deles (EGF + PF + insulina; PF + hidrocortisona; PF + hidrocortisona + insulina). No sistema células adrenais, adrenocorticotropina (ACTH) foi o único hormônio clássico que apresentou atividade sobre o crescimento destas células e também o único efetuador negativo encontrado. Neste sistema PF mostrou-se como o único fator com atividade estimulatória sobre o crescimento. Gl aqui foi de 11 horas tanto para células estimuladas com soro como com PF. Além disso os hormônios clássicos hidrocortisona e insulina não apresentaram atividade estimulatória por si só ou em combinação com PF. A análise da ação de hidrocortisona no sistema fibroblasto e de ACTH no sistema células adrenais estimuladas, forneceu evidências de que após deixar Go, em direção a S, numa certa altura de Gl as células tornam-se irreversivelmente comprometidas com o processo replicativo. Este comprometimento parece ocorrer 5 horas antes de S, sendo referido como Glc. Em face destes resultados foi proposto que os reguladores agem estimulando ou inibindo a transição Go &#8594; Glc. Na tentativa de obter maior definição do sistema de controle do crescimento, aproveitamo-nos das vantagens oferecidas pelo modelo experimental usado, para a busca de mutantes do tipo regulatório. Esta busca resultou no isolamento das linhagens ST1 e AR-1, derivadas, respectivamente, de fibroblastos 3T3 e células adrenais Y-l. Entre os vários aspectos interessantes da linhagem ST1 destaca-se: a) o dramático efeito de hidrocortisona causando mudança nas características das células as quais passam de um fenótipo tipicamente transformado para normal. Este fenômeno foi observado tanto \"in vitro\" (através de medidas de parâmetros de crescimento) como \"in vivo\" (através de ensaios de tumorogenicidade); b) as alterações morfológicas de caráter antagônico provocadas, por um lado, pela adição de hidrocortisona (causando achatamento) e, por outro, pela retirada do soro ou adição de cAMP ao meio de cultura (arredondamento). Através do estudo da ação de inibidores, obteve-se evidências do envolvimento de microtúbulos nestas alterações morfológicas. A análise do conteúdo intracelular de cAMP indicou que este nucleotídeo não atua como mediador da ação de hidrocortisona. Sua ação parece ser devida à indução de alterações no sistema superfície celular - membrana -citoesqueleto. Ao contrário de outros variantes de células Y-l resistentes à ACTH, células AR-1 mostraram-se também resistentes a cAMP. A utilidade destas células nos estudos da postulada mediação deste nucleotídeo na ação de ACTH, é óbvia. / The aim of this work was to study the process by which hormones and growth factors control proliferation of mammalian cells. Cell lines established in culture were used as the experimental model. The studies were centered on two basic types of cells: fibroblasts and adrenal cells and the experimental approach was made from two viewpoints: biochemical and genetic. The biochemical approach involved kinetic studies of the DNA synthesis process not only during serum starvation but also during restimulation of serum starved cells by serum, hormones and growth factors. Intracellular cyclic AMP determinations were made in order to gain informations on the mechanism of action of these factors. A cell cycle model was proposed in which cell growth control would be exerted by positive and negative regulators that would act by stimulating or inhibiting the flow of cells from a resting state (Go) to the proliferative phase. Among the positive regulators (stimulators) found for the fibroblast system are: classical hormones, like steroids and insulin, and growth factors of homonal nature, like EGF, PF (protein factor extracted from pituitary glands) and prostaglandin F2&#945;. The steroid hydrocortisone can also act as a negative regulator, inhibiting fibroblast growth. Measurements of the time interval between stimulation of serum starved (Go) cells and the onset of DNA synthesis (period that is operationally defined as Gl) were made. In 3T3 fibroblasts this period was 12 to 13 hours for cells stimulated not only by serum but also by classical hormones (hydrocortisone, insulin) or growth factors (EGF, PF) or even by combinations of these factors (EGF + PF + insulin; PF + hydrocortisone; PF + hydrocortisone + insulin). In the adrenal system, adrenocorticotropin (ACTH) was the only classical hormone to present activity on the growth of these cells and also the only negative regulator found. In this system PF was shown to be the only factor with growth stimulatory activity. GL was estimated as 11 hours for cells stimulated with serum or PF. Moreover hydrocortisone and insulin had no stimulatory activity \"per si\" or in combination with PF. The analysis of hydrocortisone action on the fibroblast system on one hand and of that of ACTH on the adrenal system, on the other, indicated that upon leaving Go, towards S, at a certain point in Gl, cells become irreversibly committed to the replicative process. This commitment seems to occur 5 hours before S and is referred to as Glc. In view of these data we proposed that regulators act by stimulating or inhibiting the transition Go &#8594; Glc. In an attempt to obtain a better definition of the growth control system and taking advantage of the experimental model utilized, we searched for mutants of the regulatory type. This search resulted in the isolation of the lines ST1 and AR-l from 3T3 fibroblasts and Y-l adrenal cells, respectively. Among several interesting aspects of the STl cell line, we point out: a) the dramatic effect of hydrocortisone changing the characteristics of these cells from a typically transformed phenotype to a normal pattern. This phenomenon was observed both \"in vitro\" (by measuring a number of growth parameters) and \"in vivo\" (by tumorogenicity assays). b) morphological alterations of antagonistic nature caused by hydrocortisone (flattening) on one hand, and by the removal of serum or cAMP addition to the culture medium (rounding) on the other. Evidence for the involvement of microtubules in these alterations were obtained through studies on the action of several inhibitors. Quantitative analysis of intracellular cAMP indicated that this nucleotide does not act as a mediator of hydrocortisone action. Rather, this action seems to be due to the induction of alterations on the cell surface-membrane-cytoskeleton system. Contrary to other variants of the Y-1 line which are resistant to ACTH, AR-1 cells are also resistant to cAMP. The usefulness of these cells in studies of the postulated mediation by cAMP of the ACTH action, is obvious.