CRUZ, Wilami Teixeira da. Vórtices Não-Abelianos com Acoplamento Não-Mínimo em um Background Gravitacional. 2005. 74 f. Dissertação (Mestrado em Física) - Programa de Pós-Graduação em Física, Departamento de Física, Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2005. / Submitted by Edvander Pires (edvanderpires@gmail.com) on 2015-06-23T20:30:11Z No. of bitstreams: 1 2005_dis_wtcruz.pdf: 420968 bytes, checksum: 943dbc3e9e1416560b50bb76f8e43e10 (MD5) / Approved for entry into archive by Edvander Pires(edvanderpires@gmail.com) on 2015-06-23T21:03:57Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2005_dis_wtcruz.pdf: 420968 bytes, checksum: 943dbc3e9e1416560b50bb76f8e43e10 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-06-23T21:03:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2005_dis_wtcruz.pdf: 420968 bytes, checksum: 943dbc3e9e1416560b50bb76f8e43e10 (MD5) Previous issue date: 2005 / The main purpose of this thesis is to investigate how the non-Abelian gauge symmetry affects the solutions of the equations of motion in some field theory models. We concern ourselves specifically with three dimensional field theories. We will note here that planar systems give us the needed informations about the theories approached here. Topological defects were studied with special attention to the vortex solutions. We will do a general survey on physical symmetries, concerning mainly with the non-abelian symmetry. After describing in a particular view the Yang-Mills theory we will review mainly the models in which vortex solutions appear. For example the abelian Maxwell- Higgs model and the Chern-Simons-Higgs model. The next step is to include the Anomalous Magnetic Dipole Moment(AMDM) with the so called non-minimal coupling. A deeper study envisaging how to implement the non-minimal coupling in a Yang-Mills theory is made. New results were found about the addition of a gravitational background in some of the models cited above. We will also study non minimal coupling and non-abelian symmetry in this gravitational background. / O objetivo principal dessa dissertação é pesquisar, através de alguns modelos de Teoria de Campos, a influência de trabalharmos com uma simetria de gauge não-abeliana sobre as soluções das equações de movimento. Faremos isso tomando Teoria de Campos especificamente em três dimensões. Veremos que os sistemas planares nos trarão uma quantidade de informações suficientes para descrever a teoria em questão. Faremos um estudo sobre defeitos topológicos com enfoque especial para os vórtices, que são o nosso principal objeto de estudo. Inicialmente faremos uma revisão sobre simetrias em física afim de chegar à simetria não-abeliana. Após termos descrito sob um ponto vista particular a teoria de Yang-Mills revisaremos os principais modelos que exibem soluções do tipo vórtices, como o modelo Maxwell-Higgs abeliano e o modelo Chern-Simons-Higgs. Posteriormente faremos a inclusão do momento de dipolo magnético anômalo através do chamado acoplamento não-mínimo. Estudaremos então, detalhadamente, como poderemos incluir este tipo de acoplamento numa teoria de Yang-Mills. Apresentamos no fim desta dissertação como tópico novo, a adição de um background gravitacional a alguns modelos descritos anteriormente. Faremos isso ainda com o acoplamento não mínimo e simetria não-abeliana.

Orientador: Rafael Zadorosny / Resumo: Com o desenvolvimento científico, a fabricação de materiais em escalas nano e submicrométricas tornou-se uma realidade. Nos estudos teóricos e experimentais de materiais supercondutores, tais sistemas são denominados de mesoscópicos, e possuem tamanhos da ordem dos seus comprimentos característicos, i.e., λ(T) e ξ(T). Nessas escalas, a dinâmica de vórtices é fortemente dominada por efeitos de confinamento. Dessa forma, a investigação de suas características tem importância fundamental para o desenvolvimento e aplicação desses materiais de forma eficaz. Assim, neste trabalho foram estudados os efeitos da passagem de uma corrente de transporte por uma constrição de tamanhos mesoscópicos, que foi produzida inserindo dois defeitos (normalizando 0<ψ<1 dentro do defeito) nas bordas opostas do sistema. Para tal, simulamos amostras supercondutoras mesoscópicas na presença de correntes de transporte e de campos magnéticos solucionando a equação generalizada de Ginzburg-Landau dependente do tempo (GTDGL). Sem campo magnético aplicado, os pares de vórtices cinemáticos são formados nos defeitos e se aniquilam no centro da amostra. Por outro lado, quando um baixo campo magnético é aplicado, produz uma assimetria na distribuição das correntes supercondutoras. Então, apenas o vórtice cinemático é formado em uma borda da amostra e a deixa pela lateral oposta. Contudo, antes de deixar o sistema, o vórtice cinemático experimenta um efeito de barreira superficial, que causa uma diminuição em su... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: With the scientific development, the fabrication of materials at nano and sub-micrometer scales become a reality. In theoretical and experimental study of superconducting materials, such systems are called mesoscopic and have sizes of the order of their characteristic lengths, i.e., λ(T) and ξ(T). In these scales, the vortex dynamics is strongly dominated by confinement effects. In this way, the investigation of their characteristics have fundamental importance for the development and application of these materials effectively. Then, in this work we studied the effect of a transport current flowing through a mesoscopic constriction, which was produced by inserting two defects (normalizing 0<ψ<1 inside the defect) on the opposite edges of the system. The mesoscopic superconducting samples were simulated in the presence of transport currents and applied magnetic fields by solving the time-dependent Ginzburg-Landau equation in its generalized form (GTDGL). At zero applied magnetic field, kinematic vortex-antivortex pairs are formed at the defects and annihilate at the center of the sample. On the other hand, small external magnetic fields produce an asymmetry in the distribution of the superconducting currents. Then, only one kinematic vortex is nucleated in one of the borders of the sample and leaves it by the opposite side. However, before leaves the system, the kinematic vortex experiences a surface barrier effect, which causes a decrease in its velocity. The results obtained... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Submitted by Isaac Francisco de Souza Dias (isaac.souzadias@ufpe.br) on 2016-07-20T17:25:17Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Dissertacao Wilmer Yecid Cordoba Camacho.pdf: 8987239 bytes, checksum: 0c584672930453620b05e54e95cbf3e8 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-20T17:25:17Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Dissertacao Wilmer Yecid Cordoba Camacho.pdf: 8987239 bytes, checksum: 0c584672930453620b05e54e95cbf3e8 (MD5) Previous issue date: 2014-08-14 / CNPQ / Desde a descoberta da supercondutividade em MgB2 tem havido muito interesse no estudo, tanto teórico como experimental, de materiais supercondutores com multibandas. Os estudos teóricos têm sido desenvolvidos utilizando principalmente a teoria de Ginzburg-Landau. Esses estudos revelaram que é possível observar configurações exóticas de vórtices, como por exemplo, vórtices não-compostos e vórtices fracionários. Neste trabalho, utilizamos o modelo de Ginzburg-Landau de duas componentes e a formulação de Lawrence-Doniach como base para a simulação computacional de um supercondutor multibanda artificialmente engenheirado. O sistema estudado é composto por duas camadas supercondutoras mesoscópicas com geometria quadrada, uma do tipo-I e a outra do tipo-II, separadas por um material isolante. As camadas são ligadas entre si por acoplamentos Josephson e magnético, e encontram-se submetidas a um campo magnético estático externo aplicado perpendicularmente a elas. Foram calculadas as configurações de vórtices e a magnetização do sistema em função do campo magnético aplicado, da temperatura, da intensidade do acoplamento entre camadas (bandas) e do tamanho do quadrado. Observa-se que, diferentemente de um quadrado mesoscópico com uma única banda, em baixas temperaturas os vórtices não se organizam em uma rede de Abrikosov, ao contrário, são formados aglomerados de vórtices e configurações que não acompanham a simetria do sistema. Atribui-se esse comportamento à interação entre vórtices, que neste caso pode assumir uma forma não-usual devido à competição entre as duas camadas (bandas) supercondutoras consideradas. Utilizando-se um procedimento de resfriamento com campo (FC, do inglês field cooling) observa-se que a temperatura é um parâmetro que controla a interação vórtice-vórtice. Para altas temperaturas e altas vorticidades, as configurações de vórtices têm como influências principais a simetria quadrada da amostra e a interação repulsiva entre vórtices. Já, para temperaturas baixas a interação entre vórtices torna-se não-monotônica sendo repulsiva em curto alcance e atrativa em longo alcance promovendo a formação de um estado de agregado de vórtices confinado pela geometria quadrada da amostra. Observa-se também que o aparecimento deste estado de aglomerado de vórtices depende da densidade de vórtices sendo que para baixas densidades ocorre um efeito de superfície que atrai os vórtices para as bordas da amostra. Para densidades intermediárias ocorre o estado de aglomerado de vórtices e para altas densidades de vórtices observa-se uma tendência de formação de uma estrutura hexagonal para a rede de vórtices. / Since the discovering of superconductivity in the MgB2 compound, there has been a great theoretical and experimental interest on the properties of multiband superconductors. Most of theoretical studies are based on the Ginzburg-Landau theory and some of them predicts exotic vortex structures as non-composite and fractional vortex states. In this work, within the two-component Ginzburg-Landau approach based on the Lawrence- Doniach model, we carried out computational simulations of an artificially engineered multiband superconductor. Our system comprises two square superconducting mesoscopic layers separated by a thin insulator. One layer is a type-I whereas the other layer is a type-II superconductor. The layers are coupled by Josephson and magnetic coupling and are imersed in a static magnetic field applied parallel to them. The vortex configurations and the system magnetization were calculated as a function of the applied magnetic field, temperature, magnitude of Josephson coupling and the sample size. We found for low temperatures that, differently of a single-band type-II mesoscopic square, the vortex lattice is not organized in an Abrikosov lattice but in a vortex cluster that does not follow the sample geometry. This behavior is due to the vortex-vortex interaction that assumes a non-usual shape as a consequence of the competition between the two superconducting layers (bands) considered. By a field cooling (FC) procedure we observed that the temperature is a control parameter for the vortex-vortex interaction. For high temperatures and vorticities, the vortex configurations are strongly influenced by the sample square symmetry and the repulsive vortex-vortex interaction. For lower temperatures the non-monotonic vortex-vortex interaction, short-range repulsive and long-range attractive, promotes a vortex cluster state confined by the square sample geometry. The appearance of this vortex cluster phase depends on the vortex density: for low vortex density a surface effect takes place attracting the vortices to the sample borders, for moderate densities a vortex cluster arrangement is favored and, finally, for high densities there is a tendency to form an hexagonal vortex lattice.

Submitted by Pedro Barros (pedro.silvabarros@ufpe.br) on 2018-07-30T19:40:48Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) DISSERTAÇÃO Raí Maciel de Menezes.pdf: 14678819 bytes, checksum: 2b9fa367b413e137b34bea260db2a99b (MD5) / Approved for entry into archive by Alice Araujo (alice.caraujo@ufpe.br) on 2018-07-31T22:09:57Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) DISSERTAÇÃO Raí Maciel de Menezes.pdf: 14678819 bytes, checksum: 2b9fa367b413e137b34bea260db2a99b (MD5) / Made available in DSpace on 2018-07-31T22:09:57Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) DISSERTAÇÃO Raí Maciel de Menezes.pdf: 14678819 bytes, checksum: 2b9fa367b413e137b34bea260db2a99b (MD5) Previous issue date: 2017-03-06 / CNPq / In this dissertation, we study through numerical simulation, properties of the vortex matter in superconductors. In non-homogeneous superconductors, the penetration of magnetic flux (provided by the vortex entry) within the sample is theoretically described by the macroscopic critical state models, where due to interaction with material impurities (pinning centres), the vortex density is high near the edges and decreases as we approach the center of the sample. Although extensively studied, the critical state models do not explain in detail how the microscopic events lead to the global behavior predicted by the macroscopic models , especially nearby the surfaces, where the vortex currents are deformed to satisfy the boundary conditions. We simulate through molecular dynamics methods the penetration and the microscopic dynamics of vortices in a superconducting slab subjected to a parallel applied magnetic field. We explicitly take into account the often neglected vortex-surface interaction and analyse how this can influence the dynamics and the critical state configurations. We then verify which of the various critical state models best describes the system. Nearby the surfaces, we observed regions with zero density of vortices, which arise due to the energetic barrier that hinders the vortex entry and exit. Such regions, known as flux free regions, have a thickness which depends on the strength of the applied magnetic field and the level of pinning forces in the material. We also analyse the temporal evolution of the flux front inside the superconductor and the hysteresis cycles of the magnetization due to an external field variation, and compare with results known in the literature. Another topic of broad interest concerns the possible ordered structures that the vortex lattice can form. In situations of uniform density the system of vortices converges to a minimum of energy and tends to be ordered as a triangular lattice (Abrikosov lattice). However, in situations where the vortices may form nonuniform distributions, due to variations in sample thickness, interactions with material inhomogeneities, among other ways, the triangular Abrikosov lattice will not satisfy the minimum energy condition. The question is whether the nonuniform distribution of vortices presents a structure of small domains of different densities, i.e., a nonuniform glass, or a new ordered structure emerges. We obtain evidences of conformal crystals as possible, stable nonuniform vortex configurations in a superconductor. Such configuration is an example of ordered crystallization in a nonuniform particle distribution. These ordered structures, although can present local inhomogeneities, preserve the topological order and can be mathematically mapped into a triangular lattice through a conformal transformation. We propose a simple method to obtain the particle density required to observe such structures and suggest possible experimental realizations in which conformal (or quasiconformal) vortex crystals could be observed in bulk superconductors or thin films. / Nesta dissertação, estudamos através de simulação computacional, propriedades da matéria de vórtices em supercondutores. Em supercondutores não homogêneos, a penetração do fluxo magnético (proporcionada pela entrada de vórtices) no interior da amostra é descrita teoricamente pelos modelos macroscópicos de estado crítico, onde devido à interação com as impurezas do material, a densidade de vórtices é alta próximo às bordas e decresce à medida que nos aproximamos do centro da amostra. Apesar de terem sido bastante estudados, os modelos de estado crítico não respondem detalhadamente qual a conexão dos eventos microscópicos com os resultados dos modelos macroscópicos, principalmente nas imediações da superfície, onde as correntes dos vórtices são deformadas para satisfazer as condições de contorno. Simulamos através de métodos de dinâmica molecular a penetração e a dinâmica microscópica de vórtices em um filme supercondutor devido à presença de um campo magnético aplicado paralelamente à sua superfície. Reproduzimos a interação dos vórtices com a superfície do supercondutor e analisamos como isso pode influenciar na dinâmica e nas configurações de estado crítico. Verificamos então qual dentre os vários modelos de estado crítico descreve melhor o sistema. Nas imediações da superfície, observamos regiões com densidade nula de vórtices, as quais surgem devido a barreira energética que retarda a entrada e a saída das linhas de fluxo no supercondutor. Tais regiões, conhecidas como flux free regions, têm uma espessura que depende da intensidade do campo magnético aplicado e do nível de impurezas do material. Analisamos também a evolução temporal da frente de fluxo dentro do supercondutor e os ciclos de histerese da magnetização devidos à variação de um campo magnético externo e comparamos com resultados conhecidos na literatura. Outro olhar interessante é em relação as possíveis estruturas ordenadas que a rede de vórtices pode formar. Em situações de densidade uniforme, o sistema converge para um mínimo de energia e tende a se ordenar como uma rede triangular (rede de Abrikosov). Entretanto, em situações em que os vórtices podem formar distribuições não uniformes, devido variações na espessura da amostra, interações com inomogeneidades do material, dentre outras maneiras, a rede triangular de Abrikosov não satisfará a condição de mínima energia. A questão é se a distribuição não uniforme de vórtices apresenta uma estrutura de pequenos domínios de diferentes densidades, i.e., um vidro não uniforme, ou se uma nova estrutura ordenada emerge. Obtemos evidências da formação de cristais conformes como uma rede estável de vórtices em um supercondutor. Tal formação é um exemplo de cristalização ordenada da rede em uma distribuição de partículas não uniforme. Estas estruturas ordenadas, embora possam apresentar inomogeneidades locais, preservam a ordem topológica e podem ser matematicamente mapeadas em uma rede triangular através de uma transformação conforme. Propomos um método simples para gerar a densidade de partículas necessária para a observação de tais estruturas e sugerimos possíveis experimentos nos quais cristais conformes de vórtices, ou quase conformes, poderiam ser observados em supercondutores volumosos e filmes finos.

Ingeniero Civil Mecánico / El presente trabajo se enfocó en la elaboración y posterior análisis de convergencia de los resultados de un código de paneles implementado en Matlab, el cual incluye una metodología de paneles de vórtices y estela no congelada sobre un ala plana. Mediante tal código se buscó estudiar con mayor precisión la vorticidad sobre perfiles alares y de esta forma obtener predicciones reales de fuerzas de sustentación sobre éstos. El objetivo principal del trabajo de título es analizar la convergencia numérica de los resultados obtenidos a través del método implementado al utilizar estela transiente. El método de paneles consiste en dividir la superficie de un ala y la estela generada por ésta, en paneles rectangulares a lo largo y ancho del ala, formando una grilla. Cada uno de estos paneles está asociado a una vorticidad de intensidad constante y se calculan las influencias mutuas entre todos los paneles para obtener velocidades inducidas y la nueva posición de los paneles. Se procede luego con la siguiente iteración en el dominio temporal hasta lograr convergencia de resultados. El método de paneles se utiliza para el estudio de sistemas aerodinámicos y se presenta como una alternativa a los software CFD utilizados en la actualidad. El método de paneles posee la ventaja frente a éstos de solucionar las ecuaciones solo en las fronteras del flujo y no en un espacio discretizado, por lo que es capaz de obtener resultados con costos computacionales mucho menores. El movimiento de la estela es de gran importancia en el comportamiento de los sistemas aerodinámicos, pues los vórtices determinan altamente el arrastre y la sustentación producidos. Es por esto que se consideró necesaria la programación de un método de paneles que incluya movilidad de la estela y verificar si los resultados obtenidos concluyen que el aumento de precisión de éstos se justifica, tomando en consideración la mayor dificultad de convergencia al tomar en cuenta estos efectos. Se implementó el código en Matlab y posteriormente fue optimizado numéricamente. Esto redujo enormemente los tiempos de cálculos. Se redujo el tiempo de cálculo de , siendo n la cantidad de iteraciones. Además, se verificó la convergencia del método implementado, esto mediante la variación de los parámetros de convergencia. Finalmente se compararon los resultados obtenidos mediante el código con resultados esperados en un perfil alar plano y estos resultaron similares. Es posible afirmar que al aplicar una configuración adecuada de parámetros usando estela transiente, los resultados convergen rápidamente y son coherentes con la realidad. Se realizaron pruebas en un rango amplio de parámetros y se determinó que para asegurar una convergencia rápida de resultados en estudios posteriores, se recomienda utilizar un retraso de panel de control de 0.25 veces C, un largo de panel beta entre 0.3 y 2, y un largo de estela gamma entre 5 y 30.

Orientador: Guillermo Gerardo Cabrera Oyarzun / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-09-25T15:09:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ReisJunior_JoseDaniel_M.pdf: 2901457 bytes, checksum: c6f1f2b54e2c6bf932d3577045161729 (MD5) Previous issue date: 2004 / Resumo: No trabalho de pesquisa apresentado nesta dissertação de mestrado estudamos o comportamento dinâmico da rede de vórtices em um filme fino supercondutor com geometria finita e desordem aleatória. Através de simulações numéricas calculamos a dinâmica das linhas de fluxo em duas dimensões para uma fita supercondutora de largura Lx finita (da ordem do comprimento de penetração g), onde incluímos os efeitos da barreira geométrica na superfície, e comprimento infinito, onde utilizamos condições de contorno periódicas. Os centros de pinning são distribuídos aleatoriamente no interior da amostra e a corrente de transporte é aplicada na direção perpendicular à superfície. Nossos resultados consistem de curvas de resistência diferencial, coeficientes de difusão transversal, e uma análise da estrutura da rede através de suas trajetórias, do fator de estrutura e da intensidade dos picos de Bragg. Resolvemos também a dinâmica de vórtices para um sistema infinito, isto é, sem levar em conta os efeitos da superfície, com condições de contorno periódicas nas duas direções. Os resultados obtidos para este sistema foram então comparados com os obtidos para o sistema finito e verificamos que de fato a superfície apresenta modificações relevantes no comportamento dinâmico dos vórtices. A presença da superfície inibe a difusão dos vórtices na direção transversal ao movimento, exercendo uma força repulsiva em direção ao centro da fita. Verificamos que este fenômeno induz um ordenamento quase completo da rede de linhas de fluxo para altos valores da corrente aplicada. Analisando este ordenamento em função dos diferentes regimes definidos na literatura concluímos que o ordenamento para altas velocidades no sistema infinito é do tipo moving Bragg glass [1] mas por outro lado o regime encontrado no sistema finito se aproxima do previsto por Koshelev e Vinokur que consiste de um moving crystal [2]. Além disso, observamos também que mesmo abaixo da corrente crítica a rede de vórtices já apresenta sinais de ordenamento no sistema finito. Para obter uma informação mais detalhada sobre os efeitos de tamanho calculamos a dinâmica das linhas de fluxo para três amostras com larguras diferentes (Lx=g , 0.7 g e 0.5 g ) mas com a mesma densidade de centros de aprisionamento e com o mesmo número de vórtices no seu interior. Estes resultados indicam que conforme reduzimos a largura da amostra o ordenamento da rede ocorre para valores de corrente cada vez mais baixos. O que reforça a idéia de que a proximidade com a superfície leva a um ordenamento mais efetivo da estrutura de vórtices. Observamos também que o ordenamento para baixas velocidades é mais efetivo nas amostras de largura menor, isto se deve principalmente à alta densidade de vórtices no interior do material induzida pelo tamanho reduzido da amostra / Abstract: In the research work presented in this master science dissertation we study the vortex lattice dynamical behavior in superconducting thin film with finite geometry and random disorder. Through numerical simulations we calculate flux line dynamics in two dimensions for a superconducting strip of finite width Lx (comparable with the penetration depth g ), where we include the geometrical barrier effects on the surface, and infinite length, where we use periodic boundary conditions. The pinning centers are ramdomly distributed inside the sample and the transport current is applied in the direction perpendicular to the surface. Our results consist of differential resistance curves, transverse diffusion coefficient, and an analysis of the lattice structure through its trajectories, structure factor and the intensity of the Bragg peaks. We also solve the vortex dynamics for an infinite system, i.e., without taking into account the surface effects, with periodic boundary conditions in the two directions. Then the results obtained for this system was compared with the ones for the finite system and we verify that indeed the surface presents outstanding modifications in the vortex dynamical behavior. The presence of the surface prevent the vortex diffusion in the direction transverse to the motion, exerting a repulsive force in the direction of the strip center. We verify that this phenomenon induce an almost complete ordering of the flux line lattice for high values of the applied current. Analysing this ordering as a function of the different regimes defined in the literature we conclude that the ordering for high velocities in the infinite system is a moving Bragg glass like [1] but otherwise the regime found in the finite system approach the one predicted by Koshelev and Vinokur which is a moving crystal [2]. Besides we also observe that even below the critical current the vortex lattice presents ordering indications in the finite system. To obtain more detailed information about the size effects we calculate the flux line dynamics for three samples of different widths ( Lx=g , 0.7 g e 0.5 g ) but with the same pinning center density and the same number of vortices inside. These results indicate that by reducing the sample width the lattice ordering occurs for lower current values. This emphasizes the idea that proximity with the surface yields a more effective ordering of the vortex structure. We also observe that the low velocity ordering is more effective in the smaller width samples, this is due mainly to the high vortex density inside the material induced by the reduced size of the sample / Mestrado / Física / Mestre em Física

Made available in DSpace on 2014-06-12T18:32:51Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo8674_1.pdf: 939964 bytes, checksum: 7a08720dabc0c44b339ccb883dedbf22 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2006 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Neste trabalho apresentamos uma dedução das equações para a dinâmica de n¡vórtices puntiformes sobre uma superfície, exibindo explicitamente as equações de movimento para o caso em que a superfície é parametrizada por um sistema de coordenadas isotermal. Também é obtida uma aproximação em primeira ordem para a dinâmica de n¡vórtices numa superfície difeomorfa à esfera por uma pequena perturbação radial

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:23:29Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2007-06-28Bitstream added on 2014-06-13T19:50:16Z : No. of bitstreams: 1 simoes_rp_me_bauru.pdf: 20203043 bytes, checksum: b1791cdffb4735eb5cba45bb735dc2f7 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O estudo dos regimes dinâmicos de vórtices em supercondutores do tipo II tem atraído grande interesse do ponto de vista teórico e experimental, por um lado pela riqueza de comportamentos que é apresentado e, por outro, pela compreensão dos mecanismos de pinning, o qual é utilizado para aumentar e manter a densidade de corrente crítica, permitindo seu uso em aplicações práticas. Usando simulações de dinâmica molecular, analisamos os efeitos de pinning artificiais na dinâmica de vórtices em filmes finos supercondutores do tipo II. Além da distribuição aleatória de centros de pinning, dois tipos de arranjos periódicos foram considerados: hexagonal e kagomé. Para o arranjo kagomé analisamos a dinâmica para a força externa aplicada nas direções transversal e longitudinal em relação à simetria da rede. Em cada caso são observados comportamentos dinâmicos distintos da rede de vórtices, uma vez que existem simetrias diferentes para cada direção. Diferentemente dos resultados obtidos para a distribuição aleatória e hexagonal de pinnings, para o arranjo de kagomé, a rede de vórtices apresenta uma dinâmica e um segundo pico na resistência diferencial ainda não descritos na literatura. Quando a força é aplicada na direção longitudinal, são observados regimes dinâmicos complexos da rede de vórtices. Para esse caso, além dos regimes ordenados típicos de redes periódicas de pinnings, os vórtices se movem em canais desordenados quando a corrente de transporte é aumentada, lembrando o regime smectic visto em simulações com pinning aleatório. Subsequentemente, para altas correntes, os vórtices atingem um regime dinâmico onde eles novamente se movem em canais bem definidos, revelando uma ordem transversal. Para o arranjo hexagonal, os vórtices sempre se movem em linhas retas. Apresentamos também um estudo da densidade de corrente crítica para diferentes valores de densidade de vórtices. / The study of current-driven vortex lattices in type II superconductors has attracted a great interest from both experimental and theoretical point of view, on the one side for the riches of behaviors that is showed and, otherwise, for the comprehension of pinning mechanisms, which has been used to increase and to maintain the critical current density, to allow their use in practical applications. Using molecular dynamics simulations, we analyze the effects of artificial pinning on the vortex dynamics of type II superconductors thin films. Yonder random distribution of pinning centers, two types of periodic pinning arrays are considered: the hexagonal and kagomé. For the kagomé array, we analyze the dynamics for the applied external force in the transversal and longitudinal directions to the lattice symmetry. For each case are observed different dynamical behaviors of vortex lattice, once there are different symmetries for each direction. Differently than the results obtained for the random and hexagonal distribution of pinnings, for the kagomé array, the vortex lattice show a dynamic and a second peak in the differential resistance still not reported in the literature. When the force is applied in the longitudinal direction, the dynamical behavior of vortices is much more complex. For this case, yonder the ordered regimes, typically observed in systems with periodic pinning, the vortices moving in disordered channels when the transport current is increased, resembling the smetic dynamical regime that was found in simulations for random pinning distributions. Subsequently, for high currents, the vortices reach dynamical regime where they move in well defined channels again, revealing transversal ordering. For the hexagonal array, the vortices always move in straight trajectories. We also show a study of critical current density for different values of vortex density. For all densities, the hexagonal pinning network shows higher critical currents.

O sistema vórtice ferradura é o elemento chave do processo erosivo ao redor de obstáculos sobre leitos móveis. Por estar presente em muitas situações práticas da engenharia e apresentar características tridimensionais e complexas, ainda é pouco compreendido e explorado. Esta pesquisa elucida a respeito do vórtice ferradura para o caso de leito fixo e obstáculo cilíndrico de seção circular, através de investigação experimental em túnel de vento, realizada em duas etapas: uma relativa a aquisição dos dados no laboratório e a outra no seu pós-processamento. A primeira etapa compreende a aquisição das imagens do escoamento pela técnica de velocimetria por luz pulsada, com modo de operação PIV (Particle Image Velocimetry), através de ensaios realizados no Laboratoire d’Etudes Aérodinamiques (da Universidade de Poitiers, França). As imagens foram pré-processadas e consequentemente foram obtidos os campos de vetores velocidade instantâneos. A segunda etapa, enfoque deste trabalho, compreende o pós-processamento dos campos de velocidade bidimensionais e consequentemente os campos de vorticidade, velocidade, energia cinética, intensidade de turbulência, desvio padrão da velocidade e vorticidade com ReD variando de 4300 a 15600 (Red ∗ = 450 a 860). Para ReD = 4300 e 5500 observou-se que o (sistema) vórtice ferradura foi identificado com maior freqüência nos campos instantâneos de vorticidade e velocidade. Conforme o número de Reynolds aumenta, o vórtice é cada vez menos identificado e para ReD = 15600, ele não foi detectado nos campos instantâneos. / The system horseshoe vortex is a key element of the scour process around obstacles on erodible beds. Although it is presented in many engineering practical situations and it has three-dimensional and complex characteristics, it is still little understood and explored. This research explains the horseshoe vortex in the case of the fixed plane plate and cylindrical obstacle of circular section, through experimental research in wind tunnel, performed in two stages: one related to the data aquisition in the laboratory and another to its post-processing. The firt stage comprises the image acquisition, by the pulse light velocimetry technique with the PIV operation (Particle Image Velocimetry), through experiments carried out at Laboratoire d’Etudes Aérodinamiques (University of Poitiers, in France). The images have been pre-processed and the fields of instantaneous velocity vectors obtained. The second stage, which is the aim of this work, comprises the post-processing in the fields of two-dimensional velocity and consequently the fields of vorticity, velocity, kinetic energy, intensity of turbulence, root mean square of the velocity and vorticity with ReD varying from 4300 to 15600 (Red ∗ = 450 to 860). For ReD = 4300 and 5500, it was observed that the (system) horseshoe vortex has been identified more often in the instantaneos fields of vorticity and velocity. As the Reynolds number increase, the vortex is less and less identified; and for ReD = 15600, it has not been detected in the instantaneous fields.

Made available in DSpace on 2016-08-29T15:09:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_8330_tese-particulas_vfinal.pdf: 12323008 bytes, checksum: f45c85cb2c7683da0dbf18ee5375be93 (MD5) Previous issue date: 2014-08-08 / A presença de material particulado (MP) na atmosfera pode causar danos diretos à saúde da população. O material particulado presente na atmosfera pode ter origem em diversos processos, entre eles siderúrgico, construção civil, exploração, beneficiamento, movimentação e estocagem de materiais fragmentados e ressuspensões do solo. As pilhas de estocagem de granulados são fontes difusas de MP cuja emissão ocorre devido à erosão eólica. Um parâmetro determinante para a ocorrência de erosão eólica é a velocidade de fricção, cujo valor limite quando ultrapassado causa a movimentação de partículas, podendo ocorrer suspensão, saltos ou rolamento do MP proveniente de pilhas de estocagem. A velocidade de fricção sobre as pilhas de estocagem podem ser determinadas por meio de simulações numéricas incorporando modelos de turbulência. Uma alternativa para modelagem da turbulência é a abordagem Euleriana com o uso do modelo denominado LES (Large Eddy Simulation) e lagrangiana para análise do movimento das partículas. No entanto, para que esta análise seja feita, é necessário um modelo de emissão da pilha de estocagem. Nesse contexto, foi utilizado o modelo de emissão USEPA para pilhas de estocagem. Esse trabalho investigou a suspensão e ressuspensão de MP emitidos por pilha de estocagem devido à erosão eólica e modelo de turbulência LES WALE para reproduzir o transporte de momentum próximo à superfície. Foi utilizado o modelo USEPA de emissão de partículas e abordagem lagrangiana de movimento das partículas erodidas da pilha. As contribuições desse trabalho incluíram análises de perfis e contornos de concentrações horizontais e verticais no entorno de pilhas por meio do modelo de turbulência LES WALE e modelagem de emissão USEPA modificado (adaptado), acoplado à modelagem de dispersão lagrangiana. Essa abordagem permitiu a determinação da quantidade de partículas emitidas da pilha de estocagem na mesma ordem de grandeza de pilhas reais. Também foi possível avaliar a suspensão, deposição e ressuspensão, por meio do acompanhamento das partículas no espaço e tempo. Foram necessários desenvolvimentos de softwares para a fase de acoplamento e pós-processamento. As validações foram efetuadas com experimentos em túneis de vento em leito de partículas e em pilhas, realizados por outros autores. Os resultados demonstraram que o modelo de turbulência LES WALE integrado ao modelo de emissão USEPA modificado se mostrou boa alternativa, uma vez que o erro relativo foi de 6% em média e a zona de recirculação foi bem representada, com erro de 1,5% no ponto de recolamento em comparações com experimentos em túnel de vento de outros autores. Foi verificado que os perfis de concentrações verticais estiveram nos patamares de 10-4 g/cm3 a 10-6 g/cm3 ao longo do domínio de estudo, condizentes com a faixa da ordem de grandeza do experimento em leito de partículas de outros autores. Houve 12 vezes mais partículas suspensas do que depositadas durante o tempo de simulação. A massa de partículas que saíram do domínio variou entre 10-2 g e 10-3 g, durante 5 segundos de simulação de escoamento concomitante com dispersão. As laterais da pilha de formato oblong foram as áreas da superfície da pilha que mais emitiram partículas.