Submitted by Fabio Sobreira Campos da Costa (fabio.sobreira@ufpe.br) on 2016-08-18T13:26:02Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Dissertacao_FILLIPE_CESAR_07884743400.pdf: 6203092 bytes, checksum: 87063a6e43a5b0451757c513e7255e3e (MD5) / Made available in DSpace on 2016-08-18T13:26:02Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Dissertacao_FILLIPE_CESAR_07884743400.pdf: 6203092 bytes, checksum: 87063a6e43a5b0451757c513e7255e3e (MD5) Previous issue date: 2015-07-31 / CNPq / O avan¸co tecnol´ogico tem permitido a constru¸c˜ao de sistemas supercondutores de baixas dimensionalidades, da ordem do comprimento de coerˆencia, ξ, e/ou comprimento de penetra¸c˜ao, λ. Esses sistemas s˜ao chamados de supercondutores mesosc ´opicos, onde se ´e capaz de alcan¸car correntes e campos cr´ıticos mais elevados. Dependendo do tamanho do supercondutor mesosc´opico, configura¸c˜oes de mol´eculas de v´ortices s˜ao obtidas tanto experimentalmente, como teoricamente usando a teoria de GL e a teoria de London. Nesse trabalho, utilizaremos o m´etodo variacional aplicado `a teoria de Ginzburg-Landau e a teoria de London para estudar v´ortices em discos supercondutores finos em campo magn´etico externo homogˆeneo e confinados em um potencial produzido por um dipolo magn´etico, respectivamente. Estudamos, inicialmente, discos supercondutores mesosc´opicos imersos em um meio isolante na presen¸ca de um campo magn´etico uniforme perpendicular ao plano do disco. Desprezamos os efeitos de desmagnetiza¸c˜ao e expandimos o parˆametro de ordem em fun¸c˜oes ortonormais do operador energia cin´etica. Para a obten¸c˜ao de v´ortices gigantes, representamos o parˆametro de ordem por apenas uma autofun¸c˜ao. Para estados de multiv´ortices, o parˆametro de ordem ´e representado como uma expans ˜A £o de duas autofun¸c˜oes, com vorticidades distintas. Observamos o comportamento da varia¸c˜ao da energia livre em fun¸c˜ao do campo magn´etico aplicado, para diversos tamanhos de discos supercondutores, acompanhando seus estados mais favor ´aveis. Na segunda parte da disserta¸c˜ao, estudamos a disposi¸c˜ao dos v´ortices e antiv´ortices confinados em um disco supercondutor atrav´es de campo magn´etico n˜ao homogˆeneo gerado por um dipolo magn´etico na dire¸c˜ao do eixo de simetria do disco, que possibilita a coexistˆencia de v´ortices e antiv´ortices, com diferentes configura¸c˜oes poss´ıveis. Para obtermos os estados com menor energia dentre as possibildades testadas, utilizamos como parˆametro de controle trˆes vari´aveis: a distˆancia radial ao eixo de simetria do dipolo, r0, a altura do dipolo em rela¸c˜ao ao disco, z0, e a magnitude do dipolo magn´etico, m0. Buscamos o valor da magnitude do dipolo no qual o estado sem v´ortices deixa de ser o metaest´avel, permitindo a existˆencia de estados com v´ortices. Os resultados mostram uma competi¸c˜ao entre o potencial de confinamento, efeitos produzidos pela borda do supercondutor e a intera¸c˜ao entre v´ortices, para manter os v´ortices e antiv´ortices no interior do disco. / Technological breakthroughs have allowed the construction of superconducting systems in low dimensionalities, which are of the order of the coherence length, ξ, and/or of the penetration depht, λ. These systems are called mesoscopic superconductors, which are capable of achieving high critical current and fields. Depending on the size of the mesoscopic superconducting, configurations of vortices molecules are obtained either experimentally or theoretically using the GL theory and the theory of London. In the present work, we apply the variational method to the Ginzburg- Landau theory and also the London theory to study vortices in thin superconductors disks submitted to an inhomogeneous magnetic field and confined to a potential produced by a magnetic dipole, respectively. We studied initially mesoscopic superconducting disks immersed in a insulation mean in the presence of a uniform magnetic field which is perpendicular to the plane of the disk. We neglect the demagnetization effects and expand the order parameter in orthonormal functions of the kinetic energy operator. To obtain giant vortices, the order parameter has only one eigenfunction. For multivortex states, the order parameter consists of two eigenfunctions, with different vorticities. We study the behaviour of free energy variation due to the applied magnetic field for different sizes of superconductor disks, and for different vortex states. In the second part of the dissertation, we study the arrangement of vortices and antivortices in a superconducting disk submitted to a non-homogeneous magnetic field generated by an out-plane magnetic dipole, which allows the coexistence of vortices and antivortices on different configurations. To get the states with lowest energy among the tested possibilities, we used three variables as control parameters: the radial distance from the disk symmetry axis to the dipole axis of symmetry, r0, the height of the dipole relative to the disc, z0, and the magnitude of the magnetic dipole, m0. We seek the value of the magnitude of the dipole in which the state with no vortices ceases to be the most stable one, allowing the existence of states with vortices. The results show a competition among the confinement potential, effects produced by the edge of the superconductor, and the interaction between vortices to keep the vortices and antivortices within the disc.

A Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS) é um fenômeno meteorológico que exerce um papel preponderante no regime de chuvas na região onde atua, acarretando altos índices pluviométricos na América do Sul. Este estudo mostra que, em uma análise de mesoescala, um Vórtice Ciclônico de Mesoescala (VCM) está associado à ZCAS através de um processo de retroalimentação. Este sistema é gerado dentro de um ambiente estratiforme na região da ZCAS, suga a umidade, acelera os ventos na vertical provocando intensa precipitação e, como conseqüência, pode afetar drasticamente as regiões atingidas provocando sérios danos sócio-econômicos. Este trabalho enfoca a atuação destes VCMs que se formam associados à ZCAS, identificando as propriedades termodinâmicas durante os diversos estágios de seu ciclo de vida. O trabalho é desenvolvido em três fases: (a) documentação da representação da precipitação e do transporte de umidade para a região da ZCAS através de conjuntos de reanálises de nova geração; (b) avaliação da importância da atuação dos VCMs embebidos na ZCAS, através do desenvolvimento de um sistema de detecção para determinação de estatística de ocorrência e (c) realização de simulações com o modelo de mesoescala BRAMS (Brazilian Regional Atmospheric Modeling System) para compreensão do comportamento de episódios específicos destes sistemas de mesoescala e sua relação com a ZCAS. A primeira parte do trabalho evidencia o avanço das novas reanálises da tentativa de representar de forma mais adequada à variável precipitação acumulada na região da ZCAS. A documentação é baseada em seis conjuntos de reanálises atmosféricas (MERRA, ERA-Interim, ERA-40, NCEP 1, NCEP 2 e NCEP CFSR) e cinco conjuntos de produtos observados de precipitação (SALDAS, CPC, CMAP, GPCP e GLDAS). Através das reanálises também foi avaliado o transporte de umidade sobre a região da ZCAS, para os anos de 1979 a 2007. Os diagramas de Taylor mostram que os produtos de precipitação estão bem correlacionados com o ponto de referência (CPC), com coeficientes entre 0,6 e 0,9. Somente a reanálise do NCEP CFSR possui correlações próximas as dos produtos de precipitação. Os VCMs, embebidos na banda de nebulosidade da ZCAS, são selecionados através de um critério objetivo de detecção, baseado na vorticidade e circulação do sistema, aplicado ao período de 2000 a 2009. Um total de 300 VCMs úmidos foram detectados na baixa troposfera, enquanto que na média e alta troposfera foram detectados 277 VCMs. Na baixa troposfera a maioria dos VCMs úmidos se localiza mais para SW na região continental costeira (ZCC) da ZCAS. Verifica-se também uma concordância entre os vórtices destas regiões de máxima vorticidade ciclônica e os extremos de precipitação. O estudo de dois casos específicos nas regiões da Continental Amazônica (ZCA) e ZOC, simulados através do modelo BRAMS, enfoca a relação entre a formação de mesovórtices e a atividade convectiva presente próximo à região de formação. Em ambas as regiões, os VCMs apresentam características similares, que podem ser consideradas como uma assinatura do sistema. Nos dois casos simulados estes sistemas apresentam o ciclo de vida inferior a 24 horas, escala espacial de aproximadamente 200 x 200 km2, intensa precipitação, deslocamento no mesmo sentido do escoamento na baixa troposfera, vorticidade relativa da mesma ordem de magnitude do parâmetro de Coriolis (10-4 s-1), núcleo quente acima do nível de máxima intensidade e um rápido crescimento do centro de vorticidade ciclônica principalmente nos baixos níveis. O balanço de vorticidade e o ciclo de energia desses sistemas são analisados. Pela comparação da chuva simulada com o produto Hidroestimador, sugere-se que o modelo BRAMS, com uma alta resolução espacial e temporal, melhora a representação do VCM, comparado com os dados da reanálise CFSR do NCEP. / The South Atlantic Convergence Zone (SACZ) is a meteorological phenomena that plays an important role in the precipitation regime over the region it covers, resulting in a high pluviometric indices in South America. This study shows, from the mesoscale analysis prospective that Mesoscale Cyclonic Vortex (MCV) is associated to the SACZ through a feedback process. This system is generated embedded in a stratiform environment within the SACZ region, taking moisture up, increasing vertical winds resulting in intense precipitation and consequently can affect drastically susceptible regions prone to natural disasters causing serious social and economic problems. This study highlights the MCVs associated to the SACZ, identifying the thermodynamic properties of the various stages during its lifetime cycle. This study is separated in 3 distinct parts as follows: (a) document the representation of the precipitation and moisture transport into the SACZ new generation reanalysis; (b) develop a detection system to compute the frequency statistics to assess the importance of the embedded MCVs to the SACZ and (c) use of the BRAMS (Brazilian Regional Atmospheric Modeling System) mesoscale model to understand specific MCVs episodes and its relationship with SACZ. In its first part, this work clearly shows the progresses made by the new reanalysis on the correct representation of the accumulated precipitation over the SACZ region. The documentation is based upon six atmospheric reanalysis datasets namely MERRA, ERA-Interim, ERA-40, NCEP 1, NCEP 2 and NCEP CFSR in addition to five precipitation products namely SALDAS, CPC, CMAP, GPCP and GLDAS. The reanalysis were also used to assess the moisture transport over the SACZ region from 1979 through 2007. Taylor plots show that the precipitation products are well associated to the reference dataset (CPC) with correlation coefficients varying between 0,6 and 0,9. Furthermore, only the NCEP CFSR reanalysis present precipitation correlation close to the abovementioned products. The MCVs embedded within the SACZ cloud bands are selected through an objective detection criteria based on the vorticity and circulation of the system, performed from 2000 to 2009. A total of 300 moist MCVs were detected in the lower troposphere whereas in the medium and high troposphere 277 were detected. Most of the MCVs in the lower troposphere were located in the Southwestern region of the continental coastal line of the SACZ and are possibly associated to topographic effects and local instability caused by incursion of transient systems into the SACZ region. Moreover, the vortices in this region match very well the regions of maximum cyclonic vorticity and maximum precipitation intensity. Two case studies were conducted over the Continental Amazonia Zone, simulated using the BRAMS model, showing the relationship between the mesovortices formation and the convective activity near its formation region. In both regions the MCVs present similar characteristics which could be considered as a \"signature\" for such systems. The case studies also present a lifetime shorter than 24 hours and spatial scale of approximately 200 km2 in addition to intense precipitation, shifting in the flow direction in the lower troposphere, relative vorticity of the same order as the Coriolis parameter (10-4 s-1), warm core above the level of maximum intensity and rapid growth of the cyclonic vorticity center mostly in the lower levels. The vorticity balance and the energy cycle of these systems is then analyzed. The simulated precipitation is compared against the Hidroestimador precipitation product. The results suggest that the BRAMS model, configured with high spatial and temporal resolutions improves the representation of the MCVs when compared to the NCEP CFSR reanalysis.

Made available in DSpace on 2014-06-12T18:04:28Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo4291_1.pdf: 4548863 bytes, checksum: 15fb3b6cbaeb6e73f3d21fb42e894888 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2008 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Na última década tem sido mostrado que híbridos supercondutor-ferromagnéticos podem usar o ferromagnetismo para melhorar algumas propriedades dos supercondutores. Um exemplo bem-sucedido é uma bicamada formada por um filme supercondutor e um filme magnético nanoestrutrado. Esse sistema se apresenta como uma maneira eficiente e altamente controlável de aprisionar e/ou manipular o movimento dos vórtices. Além disso, pode apresentar geração espontânea de pares vórtice-antivórtice (v-av), com conseqüências profundas sobre as características da amostra. A maneira como estes pares são gerados e a forma com que influem nas propriedades macroscópicas do supercondutor continuam sendo matéria de intenso debate. Neste trabalho, foram resolvidas numericamente as equações de Ginzburg-Landau dependentes do tempo (TDGL) para fazer uma análise detalhada da nucleação de pares v-av num filme supercondutor interagindo com uma camada de dipolos magnéticos pontuais idênticos, localizados acima da superfície supercondutora e polarizados perpendicularmente ao filme. A simulação utiliza o método de variáveis de ligação com invariância de calibre adaptado para o algoritmo de diferenças finitas e foi utilizada para calcular a densidade de pares de Cooper assim como a vorticidade e a energia livre do sistema. Esse estudo é realizado em função da temperatura, a intensidade do momento magnéi ii tico m e parâmetros geométricos da rede de dipolos. Observamos transições abruptas no número de pares v-av estabilizados por cada dipolo em função de m, assim como transições na maneira como os antivórtices se arranjam em torno dos vórtices. Em geral, quando a distância d entre as camadas supercondutora e de dipolos é maior ou da ordem do comprimento de coerência do supercondutor », observa-se que os antivórtices se arranjam em torno das posições intersticiais da rede de dipolos. A esta fase denominamos deslocalizada, pois os antivórtices encontram-se desligados dos vórtices. Para d / », os antivórtices posicionam-se nas proximidades dos dipolos magnéticos, fase que chamamos localizada (os antivórtices estão agora ligados aos vórtices). Apresentamos um diagrama de fases que resume as várias configurações de vórtices e antivórtices encontradas e propomos um experimento baseado em técnicas usuais de medidas de transporte o qual poderia ser utilizado para identificar estas fases

Made available in DSpace on 2014-06-12T18:28:36Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo589_1.pdf: 1728444 bytes, checksum: 91b4a2e64b03b4cc0fd98f7b1c9c7dd8 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2009 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / NESTE trabalho estudamos o problema dos N-vórtices em um elipsóide de revolução do ponto de vista da teoria de perturbação. O elipsóide considerado consiste em uma perturbação da esfera. Aplicando técnicas canônicas da teoria de perturbação, construímos uma sequência de transformações conformes do elipsóide no plano complexo. Usando estas transformações, as equações de movimento do problema dos N-vórtices no elipsóide foram escritas como uma série formal na excentricidade da elipse geratriz do elipsóide. As equações de primeira ordem foram obtidas explicitamente. Mostramos numericamente que o sistema truncado de primeira ordem para a dinâmica de três vórtices é não integrável. Um estudo do traçador passivo foi realizado sob a influência de soluções que são equilíbrios relativos do problema de dois vórtices no elipsóide. Mostramos que na dinâmica do traçador não existe colisão com os vórtices e determinamos os equilíbrios relativos deste sistema, assim como suas respectivas estabilidades. Um estudo sobre anéis de vórtices no elipsóide também foi realizado. Determinando intervalos de latitude em função de N, em que o anel de N vórtices admite estabilidade linear e não linear, observamos que o anel de vórtices é mais instável no elipsóide prolato do que no oblato

Orientadores: Amir Ordacgi Caldeira, Newton Cesário Frateschi / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-22T06:59:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santos_FelipeGustavodaSilva_M.pdf: 5201395 bytes, checksum: aa675cbe9765e61acda958aff38d1a42 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Dispositivos baseados em junções Josephson tem desempenhado um papel importante tanto em ciências básicas quanto aplicadas. Neste trabalho, descrevemos a fabricação e caracterização DC de junções Josephson do tipo ScS (superconductor-constrição-supercondutor). Os dispositivos exibem uma característica VI que concorda com o bem conhecido modelo RSJ (resistência nula abaixo de uma corrente crítica mas constante e não nula acima dessa corrente) para temperaturas ~ 2 K. Para temperaturas um pouco maiores, observamos vários estados resistivos na curva VI, os quais são tipicamente atribuídos ao fluxo de vórtices de Abrikosov no interior da constrição. As medidas, porém, também sugerem que este pode não ser o caso nesses dispositivos devido à pequena magnitude do campo magnético autoinduzido na constrição, se comparado aos campos típicos que a levariam ao estado misto / Abstract: Josephson junction devices have played a role in fundamental and applied sciences. In this work, we report the fabrication and DC characterization of niobium Josephson junctions of the ScS (superconductor-constriction-superconductor) type. The devices exhibit a VI characteristic in accordance with the well known RSJ model (vanishing resistance below a critical current and constant nonzero resistance above it) for temperatures ~ 2 K. For slightly higher temperatures, we observe several resistive states in the VI curve which are usually attributed to the flow of Abrikosov vortices within the constriction. Our measurements, however, suggest that this might not be the case in these devices due to the smallness of the self-induced magnetic field in the constriction in comparison with the typical fields which drive it into the mixed state / Mestrado / Física / Mestre em Física

Ingeniero Civil Mecánico / El presente trabajo consiste en simular, mediante Ansys Fluent, el fenómeno de transferencia de calor entre un flujo de aire y la superficie externa de un intercambiador de calor con aletas (ICA) y generadores de vórtices longitudinales (GVL). Los GVL, al aumentar la transferencia de calor, permiten disminuir costos a través de ahorro de material o consumo energético. El objetivo de este trabajo es evaluar térmicamente un flujo de aire externo en un ICA con y sin GVL mediante un modelo computacional. Para esto, el trabajo se divide en 5 etapas sucesivas: (1) definición del modelo a estudiar, (2) validación del modelo e independencia del mallado, (3) simulación de 8 casos en un ICA variando la geometría y posición del GVL para los Reynolds 180, 360, 540 y 720, (4) análisis de los resultados de las simulaciones y (5) conclusiones. Los 8 casos tienen el nombre según la geometría del GVL: Delta, Rectangular, Cucharón, Elipse 1, 2, 3, 4 y 5. A partir de los resultados, se confirma la validación del mallado: las simulaciones con respecto al estudio previo, muestran diferencias máximas de 5 y 6% en f y Nu respectivamente. Se concreta la independencia del mallado, el mallado medio con respecto al mallado fino tiene diferencias de 1 y 0,2% en j y f respectivamente. En todos los casos con GVL, excepto en el caso Cucharón, la principal característica del flujo es la presencia de un vórtice longitudinal (VL) que se propaga en dirección del flujo principal. En el caso Cucharón se observan dos VL no simétricos con baja intensidad. Los VL en todos los casos afectan el comportamiento térmico principalmente de dos maneras: mayor mezcla del flujo y adelgazamiento de la capa térmica, ambas provocando un aumento en la transferencia de calor. El mayor aumento de calor comparado con el caso Base para un mismo Redh se da con el caso Delta con un aumento del 14% para Redh 720. El mayor aumento de caída de presión en comparación con el caso Base para mismo Redh se da con el caso Elipse 1 con un aumento del 20% para Redh 720. La mayor transferencia de calor, comparando los casos bajo una misma potencia de flujo, se da para el caso Delta, para un Redh mayor a 360. Para un Redh menor a 360 los resultados en la transferencia de calor son similares entre todos los casos. Se concluye que el caso Delta tiene el mejor desempeño en términos de transferencia de calor que el resto de los casos, considerando además sus ventajas en su manufacturación (simpleza en su geometría de GVL y posibilidad de troquelado). Para los Reynolds de estudio, el aumento de transferencia de calor global tiene concordancia con la intensidad del VL; mayor intensidad indica mayor calor. La intensidad del VL se relaciona a la vez con el área frontal del GVL; al aumentar el área frontal, manteniendo constante la geometría del GVL, la intensidad del VL aumenta. La geometría del GVL también juega un rol importante en el la formación del VL y por lo tanto, en el aumento de calor.

Orientador: Silvio Antonio Sachetto Vitiello / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-28T00:18:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Madeira_Lucas_M.pdf: 4273856 bytes, checksum: 8543c0dd916e2ec3fc638a5d31b32787 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Nessa dissertação nós investigamos dois sistemas de muitos corpos. Na primeira parte nós escolhemos uma abordagem clássica para estudar a adsorção de gases nobres pesados, Ne, Ar, Kr, Xe e Rn, em substratos de grafeno. Nós apresentamos evidências de camadas adsorvidas comensuradas, as quais dependem fortemente da simetria do substrato, para duas estruturas: camadas de Ne na rede sqrt{7} X sqrt{7} e Kr na rede sqrt{3} X sqrt{3}. Para estudar o derretimento nós introduzimos um parâmetro de ordem e sua susceptibilidade. O calor específico e a susceptibilidade em função da temperatura foram calculados para os gases nobres pesados em diversas densidades. A posição e largura característica dos picos do calor específico e da susceptibilidade foram determinadas. Finalmente, nós investigamos a distância dos primeiros vizinhos e a distância entre a camada e o substrato, identificando contribuições relacionadas aos picos do calor específico e da susceptibilidade. A segunda parte da dissertação trata de uma linha de vórtice no gás unitário de Fermi. Gases fermiônicos ultrafrios são notáveis devido à possibilidade experimental de variar as interações interpartículas através de ressonâncias de Feshbach, o que possibilita a observação do crossover BCS-BEC. No meio do crossover encontra-se um estado fortemente interagente, o gás unitário de Fermi. Uma linha de vórtice corresponde a uma excitação desse sistema com unidades de circulação quantizadas. Nós construímos funções de onda, inspiradas na função BCS, para descrever o estado fundamental e também o sistema com uma linha de vórtice. Nossos resultados para o estado fundamental elucidam aspectos da geometria cilíndrica do problema. O perfil de densidade é constante no centro do cilindro e vai a zero suavemente na borda. Nós separamos a contribuição devido à parede da energia do estado fundamental e determinamos a energia por partícula do bulk, epsilon_0=(0.42 +- 0.01) E_{FG}. Nós também calculamos o gap superfluído para essa geometria, Delta=(0.76 +- 0.01) E_{FG}. Para o sistema com a linha de vórtice nós obtivemos o perfil de densidade, o qual corresponde a uma densidade não nula no centro do vórtice, e a energia de excitação por partícula, epsilon_{ex}=(0.0058 +- 0.0003) E_{FG}. Os métodos empregados nessa dissertação, Dinâmica Molecular, Monte Carlo Variacional e Monte Carlo de Difusão, nos dão uma base sólida para a investigação de sistemas relacionados, e outros sistemas, de muitos corpos no futuro / Abstract: In this dissertation we investigated two many-body systems. For the first part we chose a classical approach to study the adsorption of heavy rare-gases, Ne, Ar, Kr, Xe and Rn, on graphene substrates. We presented evidences of commensurate adlayers, which depend strongly on the symmetry of the substrate, for two structures: Ne adlayers in the sqrt{7} X sqrt{7} superlattice and Kr in the sqrt{3} X sqrt{3} lattice. In order to study the melting of the system we introduced an order parameter, and its susceptibility. The specific heat and susceptibility as a function of the temperature were calculated for the heavy noble gases at various densities. The position and characteristic width of the specific heat and susceptibility peaks of these systems were determined. Finally, we investigated the first neighbor distance and the distance between the adlayer and the substrate, identifying contributions related to specific heat and melting peaks. The second part of the dissertation deals with a vortex line in the unitary Fermi gas. Ultracold Fermi gases are remarkable due to the experimental possibility to tune interparticle interactions through Feshbach resonances, which allows the observation of the BCS-BEC crossover. Right in the middle of the crossover lies a strongly interacting state, the unitary Fermi gas. A vortex line corresponds to an excitation of this system with quantized units of circulation. We developed wavefunctions, inspired by the BCS wavefunction, to describe the ground state and also for a system with a vortex line. Our results for the ground state elucidate aspects of the cylindrical geometry of the problem. The density profile is flat in the center of the cylinder and vanishes smoothly at the wall. We were able to separate from the ground state of the system the wall contribution and we have determined the bulk energy as epsilon_0=(0.42 +- 0.01) E_{FG} per particle. We also calculated the superfluid pairing gap for this geometry, Delta=(0.76 +- 0.01) E_{FG}. For the system with a vortex line we obtained the density profile, which corresponds to a non-zero density at the core, and the excitation energy, epsilon_{ex}=(0.0058 +- 0.0003) E_{FG} per particle. The methods employed in this dissertation, Molecular Dynamics, Variational Monte Carlo and Diffusion Monte Carlo, give us a solid basis for the investigation of related and other many-body systems in the future / Mestrado / Física / Mestre em Física / 2012/24195-2 / FAPESP

O desenvolvimento da indústria offshore fez com que a demanda por unidades flutuantes para operações em águas ultraprofundas aumentasse e, com isso, surgiu um maior interesse nos fenômenos decorrentes de vibrações induzidas pelo escoamento em plataformas do tipo spar, TLP e semissubmersível, além de torres para produção de energia eólica (instaladas no mar). Para ampliar o conhecimento nesta área, experimentos foram realizados com cilindros flutuantes com baixa razão de aspecto (L/D = 2) e com diferentes geometrias na extremidade livre . Experimentos com a vibração induzida pelo escoamento em cilindros de seção quadrada e cilindros de seção quadrada e arestas arredondadas com baixa razão de aspecto foram realizados em um tanque de reboque. Estas diferentes geometrias de cilindros foram testadas e suportadas elasticamente por um conjunto de molas lineares. Dois ângulos de incidência diferentes foram testados: 0 e 45 graus. Os resultados de amplitude na direção transversal para modelos submetidos à incidência de 0 graus mostraram ser maiores. Além disso, as oscilações em yaw se mostraram importantes em todos os caso analisados. O efeito das arestas se mostrou importante, particularmente na incidência de 45 graus, para velocidades reduzidas maiores que 8. / The development of the offshore industry has meant that the demand for ultradeep water floating units has increased, and with this, a greater interest in the phenomena arising from FIV in spar, TLP and semi-submersible platforms has arisen. In order to increase the area knowledge, experiments were performed with floating cylinders with different geometries, with low aspect ratio (L/D = 2). Experiments of flow-induced vibration in cylinders with sharp aokokoknd rounded square section with low aspect ratio were performed in a towing tank. These geometries have been tested and elastically supported by a set of linear springs to provide low structural damping to the system. Two different incidence angles were tested: 0 and 45 degrees. The transverse response amplitudes for the 0-degree flow incidence were found to be larger. Moreover, yaw oscillations are important for all the cases analyzed. The rounded effect on the cylinders of square section were important, particularly for the the 45-degree incidence at reduced velocities higher than 8.

Este trabalho lida com o escoamento incompressível ao redor de pares de cilindros rígidos e imóveis, posicionados de forma alinhada em relação a uma corrente uniforme. São dois os objetivos desta pesquisa: o primeiro é estabelecer relações de causalidade entre características físicas do escoamento e as mudanças observadas nas forças e no campo fluido com as variações do número de Reynolds (Re) e do espaçamento entre os corpos; e o segundo consiste em compreender a influência mútua entre tridimensionalidades e interferência no escoamento. Utilizou-se o método de elementos espectrais para realizar simulações bi e tridimensionais do escoamento. Os espaçamentos entre centros (lcc) analisados vão de 1,5 a 8 diâmetros, e eles são comparados com o caso de um cilindro isolado. A faixa de Re vai de 160 a 320, compreendendo a transição na esteira. O foco foi dado nas instabilidades de pequena escala (modos A e B). Dados referentes ao número de Strouhal, coeficiente de arrasto médio, flutuação do coeficiente de sustentação e correlação axial são apresentados. Com auxílio de visualizações do escoamento, são propostos mecanismos que explicam o fenômeno de interferência, refletido no comportamento das curvas. Os resultados mostraram que simulações bidimensionais são insuficientes para se prever a combinação (Re, lcc) de inversão do arrasto. Verificou-se também que, quando o espaçamento é menor do que o crítico, o processo de transição na esteira se dá de forma diferente do observado para um cilindro isolado. / This work deals with the incompressible flow around pairs of rigid and immovable circular cylinders in tandem arrangements. There are two goals in this research: the first one is to find causality relationships between physical characteristics of the flow and the changes that are observed in the forces and in the flow field with the variation of the Reynolds number (Re) and the distance between the bodies; and the second one is to comprehend the mutual influence between three-dimensional structures and interference. The spectral element method was employed to carry out two- and three-dimensional simulations of the flow. The centre-to-centre distance (lcc) of the investigated configurations varies between 1.5 and 8 diameters, and they are compared to the isolated cylinder case. The Re range goes from 160 to 320, covering the transition in the wake. We focused in the small scale instabilities (modes A and B). Data of Strouhal number, mean drag coefficient, RMS of the lift coefficient and axial correlation are presented. With aid of flow visualizations, we propose mechanisms to explain the interference phenomenon, which is reflected in the behaviour of the graphics. The results show that two-dimensional simulations are not sufficient to predict the (Re, lcc) pair correspondent to the drag inversion point. We also verified that, in the cases where lcc is lower than the critical spacing, the transition in the wake happens in a way different from the one observed in the flow around a single cylinder.

Os meandros da Corrente do Brasil ao largo do sudeste brasileiro s~ao singulares em termos de sua composic¸ ~ao termohalina. Estes v´ ortices, principalmente na regi~ao de Cabo Frio e Cabo de S~ao Tom´e, constituem um sistema integrado a ressurg^encia costeira e a pr´opria Corrente do Brasil, caracterizando um sistema din^amico que propomos denominar Corrente do Brasil-v ´ ortice-ressurg^encia. Apresentamos uma metodologia de construc¸ ~ao de modelos param´etricos das feic¸ ~oes oceanogr´aficas (ou Modelos de Feic¸ ~ao) que comp~oem o sistema. Estes modelos s~ao capazes de construir tridimensionalmente feic¸ ~oes oceanogr´aficas individuais a partir de dados sin´oticos de superf´?cie e fundo para elaborac¸ ~ao de campos iniciais de modelos num´ericos, com o objetivo de compreender a interac¸ ~ao do sistema din^amico Corrente do Brasil-v´ ortice-ressurg^encia. Atrav´es da simulac¸ ~ao num´erica dos campos iniciais baseados nos Modelos de Feic¸ ~ao investigamos o processo que conduz `a assimetria termohalina dos v´ ortices da Corrente do Brasil, acima descrita. Esta foi devida a aproximac¸ ~ao desses v´ ortices junto ao talude continental e ao ajustamento barocl´?nico das correntes `as menores profundidades. Verificamos, ainda, que a penetrac¸a~o da A´ gua Central do Atla^ntico Sul pela camada de Ekman de fundo n~ao tem efeito significativo na estrutura dos v´ ortices. Realizamos experimentosnum´ericos adicionais com o objetivo de investigar quais os tipos de instabilidade geof´?sica estariam envolvidas no fen^omeno do crescimento dos meandros e v´ ortices da Corrente do Brasil. Analisando os resultados atrav´es de c´alculos de convers~ao de energia pudemos concluir que o sistema Corrente do Brasil-v´ ortice-ressurg^encia apresenta instabilidade mista ( barotr ´opica e barocl´?nica). Contudo, verificamos quantitativamente que a instabilidade barocl´?nica foi dominante. O sistema, no entanto, mostrou-se sens´?vel `a ac¸ ~ao da tens~ao de cisalhamento do vento de nordeste na regi~ao e consequentemente `a ressurg^encia costeira. Interpretamos tal sensibilidade como fator respons´avel pela relev^ancia da instabilidade barotr ´opica no processo de crescimento dos meandros da Corrente do Brasil. Por fim, verificamos que um meandro cicl ^onico frontal, quase-estacion´ario, em condic¸ ~oes especiais de crescimento por mecanismo de instabilidade, pode auxiliar no estabelecimento da ressurg^encia costeira. O v´ ortice do Cabo de S~ao Tom´e simulado apresenta velocidade de fase muito baixa e cresce em direc¸ ~ao a oceano aberto, de forma praticamente perpendicular `a quebra de plataforma. Logo, o crescimento do vo´ rtice de Cabo de Sa~o Tome´ faz com que o mesmo advecte A´ gua Costeira para seu interior provocando, por continuidade, afloramento da A´ gua central do Atla^ntico Sul junto `a costa. Assim, podemos dizer que h´a, de fato, uma interac¸ ~ao entre o sistema costeiro e a atividade de meso-escala da Corrente do Brasil. / The Brazil Current meanders off the Brazilian southeast coast are unique in terms of their thermohaline structure. These eddies, especially off the Cape Frio and S~ao Tom´e region constitute an integrated system with the Brazil Current and the coastal upwelling, characterizing a dynamic system which we propose to nominate as Brazil Current-eddy-upwelling system. We present a methodology of parametric model construction of the oceanographic features (or Feature Models) which compose the inferred system . These models are capable of three-dimensionally building independent the relevant features from synoptic surface and bottom data in order to compose the initial fields for numerical models with the objective of understanding the dynamics of the interaction of Brazil Current-eddy-upwelling system. By means of numerical simulation usingthe initial fields based on the Feature Models, we investigated the process which conducts to the thermohaline asymmetry of the eddies in the Brazil Current as mentioned above. This is due to the baroclinic approximation of the currents to shallower depths. The penetration of the Central Water in the South Atlantic by the bottom Ekman layer does not have a significant effect on the eddy structure. Additional numerical experiments were carried out with the objective of unders tanding which of the geophysical instabilities were involved in the growth of the Brazil Current meanders and eddies. The results analyzed through calculation of energy conversion allowed us to conclude that the Brazil Current-eddie-upwelling system presents mixed instability (barotropic and baroclinic). However, the baroclinic instability is dominant and is mostly associated to the vertical shear of the oceanic currents. The system, however,was sensitive to the action of the northeast wind shear and consequently to the coastal upwelling. Such sensibility was interpreted as the main responsible for the relevance of barotropic instability in the growth process of meanders in the Brazil Current. Lastly, we verified that a quasi-stationary frontal cyclonic meander, in special growth conditions by instability mechanisms, mayhelp in establishing coastal upwelling. The simulated S~ao Tom´e Cape Eddy presented a very low phase velocity and grew towards the open sea, almost perpendicularly to the continental shelf break. Therefore, the growth of the S~ao Tom´e Cape Eddy advects Coastal Water into its center and, therefore, lead to upwelling of South Atlantic Central Water near the coast. We can therefore say that there are in fact interaction mechanisms between the coastal system and the meso-scale activity of the Brazil Current.