Made available in DSpace on 2016-06-02T20:15:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2132.pdf: 2908324 bytes, checksum: 5ffa9cb169722a59dcbe3b18f8f495cc (MD5) Previous issue date: 2008-12-01 / Universidade Federal de Minas Gerais / Although a vortex state, in type II superconductors, has been anticipated more than 50 years ago, a great deal of theoretical and experimental efforts has still been done in an attempt to investigate how the dynamics of these structures depends on external excitations and on the inherent properties of the underlying superconducting material, such as inhomogeneities (Static Disorder). In this work, we studied, in granular ���� samples and polycrystalline ����1−����2, the effects of different types and quantities of static disorder on the dynamic behaviour of the vortices. The analysis of such effects, using an extremely sensitive experimental technique, the Third Harmonic of the AC Susceptibility, was the main motivation for this research. Conducting a systematic investigation of the third harmonic, we have established reliable and reproducible experimental procedures to determine changes between different regimes of Vortex Matter (VM). In particular, we distinguished a regime of linear response and, other, of non-linear response, which were identified as representative of disordered and ordered phases of VM, respectively. As a consequence, a new frontier, delimitating these phases, was incorporated to the magnetic diagrams of the studied systems, denominated as Order Disorder Threshold (OD). We also analyzed the evolution of that OD threshold with the addition of inhomogeneities, as well as the format of the contour. With regard to form, two distinct behaviours were revealed and, consequently, interpreted as resulting from a competition between different types of disorder static and dynamic present in the materials. The most intriguing result reported, concerns to the anticipation, in the high temperature/low field region, of the OD limit, which we associated to a Thermally Induced Depinning Transition. In addition, we compared the OD lines with the Irreversibility Line (LI), obtained through magnetization measurements for some of the analyzed samples, pointing out the differences and similarities between them. Measurements of electrical transport and magnetic relaxation were also performed. The results derived from them contributed significantly to the study accomplished, leading to a broader view of the dynamic behaviour of vortices in the vicinity of this newly determined OD threshold. / Apesar da previsão de um estado de vórtices, em supercondutores do tipo II, ter sido noticiada há mais de 50 anos, um grande esforço teórico e experimental ainda tem sido feito na tentativa de investigar como a dinâmica destas estruturas depende das excitações externas a que estão submetidas e das propriedades inerentes ao material supercondutor, tal como as inomogeneidades (Desordem Estática). Neste trabalho, estudamos, em amostras granulares de ���� e policristalinas de ����1−����2, os efeitos de diferentes tipos e quantidades de desordem estática no comportamento dinâmico dos vórtices. A análise de tais efeitos, empregando uma técnica experimental extremamente sensível, a do Terceiro Harmônico da Suscetibilidade AC, foi a principal motivação desta pesquisa. Realizando uma investigação sistemática do terceiro harmônico, estabelecemos procedimentos experimentais confiáveis e reprodutíveis para a determinação de mudanças entre diferentes regimes da Matéria de Vórtices (MV). Em particular, distinguimos um regime de resposta magnética linear e, outro, de resposta não linear, os quais foram identificados como representativos de fases desordenada e ordenada da MV, respectivamente. Como conseqüência, uma nova fronteira, delimitando tais fases, foi incorporada aos diagramas magnéticos dos sistemas estudados, denominada de Limiar Ordem Desordem (OD). Analisamos também a evolução desse limiar OD com o acréscimo de inomogeneidades, bem como o formato do contorno. Quanto à forma, dois comportamentos distintos foram revelados e, por conseguinte, interpretados como decorrentes de uma competição entre diferentes tipos de desordem estática e dinâmica presentes nos materiais. O resultado mais intrigante reportado, diz respeito à antecipação, na região de altas temperaturas/baixos campos, do limite OD, que associamos a uma Transição de Depinning Induzida Termicamente. Complementarmente, comparamos as linhas OD com a Linha de Irreversibilidade (LI), obtida através de medidas de magnetização para algumas das amostras analisadas, apontando as diferenças e similaridades entre ambas. Medidas de transporte elétrico e de relaxação magnética também foram realizadas. Os resultados delas derivados contribuíram significativamente para o estudo ora realizado, oferecendo-nos uma visão mais ampla do comportamento dinâmico dos vórtices nas vizinhanças deste novo limiar OD.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:15:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2532.pdf: 6065949 bytes, checksum: 0c7feae1a4c6e3858c71bcad7e82b6d4 (MD5) Previous issue date: 2009-08-07 / Universidade Federal de Minas Gerais / This thesis results from a systematic study of the interactions between penetrated vortices and pinning centers carried out on structured superconductors films of YBCO, Nb and Pb. A regular array of pinning centers (antidots, ADs) was inserted in those samples by mechanical indentations (in YBCO and Nb films), and by a lithographic processes (Pb). The structure of the YBCO film counts with 1680 ADs, each with an effective diameter of 2 μm, distributed in a square array of 50 μm size. The Nb film has 900 ADs, with an effective diameter of 1 μm, forming a square array of 10 μm size. The Pb film has more than 3.7 millions of square ADs, with 0.8 μm of lateral dimensions, and the formed array has size of 1.5 μm. Those systems were studied by DC and AC magnetometry. As the Commensurability Field (Matching Field, MF) associated with their structures, is very small, it was not possible to study the commensurability effects in YBCO and Nb films. However, the Pb film has a structure which MF is 9.1 Oe, so that, jumps in its magnetic response could be observed each time that the applied field reached an integer multiple of that field. The YBCO film was studied in very small DC fields, i.e., only in the presence of the Earth magnetic field. We verified that, as the vortices penetrate the sample, they arrange themselves into the ADs in such a way that the sample behave as a collection of small superconductors arranged side by side. This study was not carried out on the other samples because the preparation of this experiment is very difficult and needs special experimental conditions which are rarely available in our laboratory. Particularly, for the Pb film, we could not have enough time to prepare the experiment due to its rapid degradation. We have studied the temperature dependence of the remnant magnetization (thermoremanence) of the Pb film for several cooling fields. That study revealed that the remnant response of the system increases with the cooling field, however, a saturation value is reached for fields greater than the first MF of its array. This behavior is due to the proximity of the ADs which hinders the pinning of vortices in interstitial regions. The remanence rises sharply up to the first MF, when the remnant flux counts one quantum per AD. For greater fields, the remnant rising rate has a sudden change and approaches to zero. In measurements of χAC as a function of the excitation field amplitude, all of the studied samples revealed that, in the beginning of the penetration, the vortices are impeded to move by the first front of ADs. Upon reaching a certain number, vortices eventually cross this first barrier and move deeper into the sample, up to the second front. In other words, at low temperatures and vortex densities (or, equivalently, at low AC fields), the penetration takes place layer by layer, i.e., the AD fronts act as contention barriers for the entrance of vortices, and they have to be suppressed one by one. We have studied the temperature dependence of the remnant magnetization (thermoremanence) of the Pb film for several cooling fields. That study revealed that the remnant response of the system increases with the cooling field, however, a saturation value is reached for fields greater than the first MF of its array. This behavior is due to the proximity of the ADs which hinders the pinning of vortices in interstitial regions. The remanence rises sharply up to the first MF, when the remnant flux counts one quantum per AD. For greater fields, the remnant rising rate has a sudden change and approaches to zero. In measurements of χAC as a function of the excitation field amplitude, all of the studied samples revealed that, in the beginning of the penetration, the vortices are impeded to move by the first front of ADs. Upon reaching a certain number, vortices eventually cross this first barrier and move deeper into the sample, up to the second front. In other words, at low temperatures and vortex densities (or, equivalently, at low AC fields), the penetration takes place layer by layer, i.e., the AD fronts act as contention barriers for the entrance of vortices, and they have to be suppressed one by one. / Esta tese é o resultado de um estudo sistemático da interação entre vórtices penetrados e centros de aprisionamento presentes em sistemas supercondutores estruturados. Para isso utilizamos três filmes supercondutores, um de YBCO, um de Nb e um de Pb, onde redes quadradas de perfurações (que denominaremos por ADs, antidots, em inglês) foram inseridas. Nos dois primeiros, foram feitas indentações mecânicas, enquanto que para o Pb foram utilizados processos litográficos. No filme de YBCO a célula unitária da rede apresenta 50 μm de lado e os ADs têm um diâmetro efetivo de 2 μm, contando com um total de 1680 ADs. O filme de Nb apresenta 900 ADs de 1 μm de diâmetro efetivo, arranjados em uma rede de 10 μm de lado. Já o filme de Pb conta com mais de 3.7 milhões de ADs de formato quadrado, com 0.8 μm de lado e, a rede formada, tem célula unitária de 1.5 μm. Estudamos esses sistemas por técnicas de magnetometria DC e AC. Por possuírem um baixo valor do Campo de Comensurabilidade (Matching Field, MF) associado às suas redes, não foi possível estudar os efeitos de coincidência para os filmes de YBCO e Nb. Contudo, o filme de Pb possui uma estrutura cujo MF é de 9.1 Oe e, dessa forma, foi possível observar saltos na sua resposta magnética cada vez que o campo aplicado atingia um múltiplo inteiro de tal campo. O filme de YBCO foi estudado na presença de baixíssimos campos DC, isto é, apenas na presença do campo da Terra. Verificamos que, ao penetrarem no material, os vórtices se arranjam pelos ADs de forma que o filme passa a se comportar como uma coleção de supercondutores menores dispostos lado a lado. Esse estudo não foi realizado nas outras amostras por ser extremamente trabalhoso, além de necessitar de condições experimentais raramente disponíveis em nosso laboratório. Particularmente para o filme de Pb, não tivemos tempo hábil para a preparação de tal experimento, devido à sua rápida degração. O filme de Pb foi estudado quanto à sua termorremanência para diversos campos de resfriamento da amostra. Tal estudo revelou que a reposta remanente desse sistema é crescente com o campo porém, apresenta um valor de saturação para campos acima do MF da sua rede. Isto é devido à proximidade entre seus ADs, que dificulta o aprisionamento de vórtices na região intersticial. A remanência cresce de forma pronunciada até o campo aplicado alcançar o primeiro MF, quando o fluxo remanente no material conta com um quantum por AD. Para campos maiores, a taxa de crescimento da remanência tem uma mudança súbita e aproxima-se de zero. Em medidas de χAC em função da amplitude do campo de excitação, todas as amostras revelaram que, no início da penetração, os vórtices são barrados pela primeira fronte de ADs. Somente após alcançarem determinada quantidade é que conseguem vencer essa primeira barreira e se aprofundam no material, indo de encontro à segunda fronte. Em outras palavras, em temperaturas e densidades de vórtices suficientemente baixas (ou, equivalentemente, baixos campos AC), a penetração se dá camada por camada , i.e., as frontes de ADs agem como barreiras de contenção à entrada de vórtices, sendo superadas uma a uma.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:15:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2306.pdf: 4856564 bytes, checksum: c52f900ad514c12119607c7c7f6a1bc0 (MD5) Previous issue date: 2009-03-30 / Financiadora de Estudos e Projetos / In this work we have studied the Vortex Matter dynamics in Nb superconducting films with different arrays of columnar defects. For that we studied the order-disorder line H (T) OD , where the melting of the vortex lattice occurs. The H (T) OD frontier was determined through the imaginary component " of the susceptibility in T measurements, whose peak temperature T Hp is associated with a maximum in energy dissipation, due to the viscous movement of vortices, which signals the beginning of a nonlinear regime. For this study we modified the pinning force efficiency in Nb samples using three different approaches: varying the technique employed to fabricate the defects, using large-value excitation fields and modifying the angle between the columnar defects in the sample and the applied magnetic field. As the pinning efficiency decreases, two regimes in the melting line become detectable, distinguished form each other by the appearance of a kink in a characteristic temperature k T . For temperatures lower than k T , pinning is significantly more efficient, and the H (T) OD line can be adjusted with a power-law; at higher temperatures, depinning is favored by thermal excitation, and the transition line is adjusted by a Bose-glass model for columnar defect systems. In this work we also studied both regimes with these theoretical models, previously available in the literature. For this we built the H T diagram with the irreversibility line irr H , upper critical field C2 H , and the order-disorder line H (T) OD , studying the dependence of the solid-liquid transition with the excitation field, frequency and angle of the applied magnetic field. We compared the pinning forces acting on different samples and applied a universal scaling approach to our experimental data points, proving the adequacy of the model to our results. / Neste trabalho estudamos a dinâmica da Matéria de Vórtices em filmes de Nb supercondutor, com diferentes arranjos de defeitos colunares. Para isso estudamos a linha de transição de ordem-desordem H (T) OD , através da qual ocorre a fusão da rede de vórtices. A fronteira H (T) OD foi obtida através da componente imaginária " da suscetibilidade, em medidas T , cuja temperatura de pico T Hp está associada a um máximo na dissipação de energia, devido ao movimento viscoso dos vórtices, que sinaliza o início de um regime não-linear. Para este estudo modificamos a eficiência da força de pinning, em amostras de Nb, de três formas diferentes: variando a técnica empregada na fabricação dos defeitos, usando valores elevados de campo de excitação AC e alterando o ângulo entre os defeitos colunares na amostra e o campo magnético aplicado. Conforme a eficiência do ancoramento dos defeitos diminui, dois regimes na curva de fusão tornam-se detectáveis, distinguíveis pelo aparecimento de um kink em uma temperatura k T característica. Em temperaturas abaixo de k T o pinning é significativamente mais eficiente, e a linha H (T) OD pode ser ajustada por uma lei de potência; e a temperaturas mais altas o depinning é favorecido pela agitação térmica, e a fusão ajusta-se ao modelo para a transição Bose-glass para sistemas com defeitos colunares. Neste trabalho também estudamos os dois regimes à luz desses modelos teóricos, previamente disponíveis na literatura. Para isto nós construímos o diagrama H T e situamos nele a linha de irreversibilidade irr H , o campo crítico superior C2 H , e a linha de ordem-desordem H (T) OD , estudando a dependência da transição sólido-líquido com o campo de excitação, com a freqüência e com o ângulo do campo magnético aplicado. Comparamos as forças de pinning atuantes nas diferentes amostras e aplicamos a abordagem de scaling universal aos nossos dados experimentais, comprovando a adequação do modelo aos nossos resultados.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:16:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissJSN.pdf: 1921284 bytes, checksum: 5da39ba2b3c3edf4d1bfd30cd4d33b69 (MD5) Previous issue date: 2005-03-10 / In this work we have studied the interaction of Vortex Matter with columnar defects in YBa2Cu3O7- δ supercondutcting samples. In these samples prepared by a Solgel chemical route, the granularety is delicately controled so that the the average cross section of grains is reasonably constant and the penetration of magnetic flux lines is columnar-like. Using magnetic and transport measurements we have constructed the phase diagram of the studied sample, determinating the higher critical field, the irrevesibility line, and the line were the pinned vortices lose longitudinal coherence which we call H*(T). AC-susceptibility and 6-terminal transport measurements were used to determine H*(T). The results confirm that, above T* there is a break of longitudinal coherence and the vortices behave like "pancakes" according to Clem's model, whereas below T* the longitudinal coherence is maintained. The experimental line H*(T) was theoretically ajusted, confirming that it is a line of change from the three-dimensional coherence of the vortices, to an almost two-dimensional of the "pancakes". Due the existence of a variety of superconducting systems with columnar-like defects that also present the line H*(T), as for example Mg-deficient MgB2, it is useful to compare them with the hope that some type of universal behavior can be observed. The normalized magnetic phase diagram with data of YBa2Cu3O7- δ and MgB2 revealed the expected similarity between the two systems studied, due to microstructural similarities between both and not to any intrinsic characteristic of the superconducting materials, that are very different among themselves. / Neste trabalho estudamos a interação da Matéria de Vórtices com defeitos colunares em amostras supercondutoras de YBa2Cu3O7- δ. Nestas amostras, preparadas por rota química Sol-gel, a granularidade é delicadamente controlada de forma que a secção reta média dos grãos é razoavelmente constante, e a penetração das linhas de fluxo magnético tenha aspecto colunar. Através de medidas magnéticas e de transporte elétrico, construímos o diagrama de fases magnéticas da amostra estudada, determinando campo crítico superior, linha de irreversibilidade, e linha em que os vórtices alojados nas colunas intergranulares perdem coerência longitudinal, à qual chamamos de H*(T). Medidas de suscetibilidade magnética-AC e de resistência elétrica através da técnica de 6 terminais, permitiram a determinação de H*(T). Os resultados confirmam que acima de T* há uma quebra de coerência e os vórtices se comportam como panquecas , segundo o modelo de Clem, e abaixo de T*, a respeito do movimento viscoso, a coerência longitudinal é mantida. A linha experimental H*(T) também foi ajustada teoricamente, confirmando que se trata de uma linha de mudança de coerência tridimensional dos vórtices, para quase bi-dimensional das panquecas . Devido à existência de diversos sistemas supercondutores com defeitos de aspecto colunar que também apresentam a linha H*(T), como por exemplo o MgB2 deficiente em Mg, cujos resultados motivaram este trabalho, é útil compará-los na expectativa de observar algum tipo de comportamento universal. Assim, normalizamos o diagrama de fases magnético com dados de YBa2Cu3O7- δ e de MgB2, e pudemos constatar que realmente há uma grande semelhança entre os dois sistemas estudados, o que se deve às similaridades microestruturais entre ambos, mas não à qualquer característica intrínseca dos materiais supercondutores, que são muito diferentes entre si.

Made available in DSpace on 2015-05-14T12:14:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Arquivototal.pdf: 1188345 bytes, checksum: a5c721a567eb9bd7d22f6ee817eea8ff (MD5) Previous issue date: 2012-06-22 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / In this work, we present new results regarding topologically non-trivial configurations arising in some generalized classical field theories. We focus on static finite-energy vortices which arise when a spontaneous symmetry breaking of U(1) local gauge invariance takes place in some Abelian-Higgs models. First, we perform a brief review regarding the usual vortices. The usual structures emerge in three diferent scenarios: the Maxwell-Higgs electrodynamics, the Chern-Simons-Higgs electrodynamics and the Maxwell-Chern-Simons-Higgs electrodynamics. In all these cases, there are BPS topological vortices: energetically stable radially symmetric configurations satisfying a set of first order equations, their energy being proportional to their topological charge. We solve the BPS equations explicity for diferent values of the vorticity n, and we comment on the main features the numerical solutions we found engender. A posteriori, we introduce a generalized model, described by an arbitrary function K (X), where X = |Dϕ|2 gives the dynamic of the complex scalar field. Specifically, we choose K (X) = X − αX2, from which we get generalized non-BPS vortices only (the resulting model does not allow for BPS ones). These vortices have no electric field (as the Maxwell-Higgs ones), but also have a non-trivial topological charge (since they are topological). We then solve the second order Euler-Lagrange equations and comment on the main features the generalized solutions we found engender. Then, we introduce a second generalized model. The new model is specifed by two dimensionless functions of the scalar field, G(|ϕ|) and w (|ϕ|). These two functions are suposed to obey a constraint relating them to the unspecifed Higgs potential, V (|ϕ|). In this case, BPS topological vortices exist, and their numerical features can be quite similar, or quite diferent, from the standard ones.vi Finally, we adapt the second generalized model to the study of twinlike theories, which are diferent theories allowing the very same field solutions and the very same energy. In this case, G(|ϕ|), w (|ϕ|) and V (|ϕ|) are suposed to obey two new constraints. Here, there are twinlike BPS topological vortices related to diferent energy densities, all of them giving the very same total energy. / Neste trabalho, apresentamos alguns resultados novos sobre configurações de topologia não-trivial obtidas no âmbito de algumas teorias clássicas de campo generalizadas. Em particular, nos concentramos em vórtices estáticos possuidores de energia finita. Tais configurações surgem quando há a violação espontânea da invariância de gauge local U(1) no âmbito de alguns modelos Higgs-Abelianos. Primeiro, fazemos uma breve revisão sobre os vórtices usuais. As estruturas usuais surgem em três cenários diferentes: a eletrodinâmica de Maxwell-Higgs, a eletrodinâmica de Chern-Simons-Higgs e a eletrodinâmica de Maxwell-Chern-Simons-Higgs. Em todos estes casos, ocorrem vórtices BPS topológicos: configurações com simetria rotacional e energeticamente estáveis que satisfazem um conjunto de equações de primeira ordem, sua energia sendo proporcional à sua carga topológica. Resolvemos as equações BPS explicitamente para diferentes valores da vorticidade n, e enunciamos as principais características que as soluções numéricas resultantes engendram. A posteriori, introduzimos um modelo generalizado descrito por uma função arbitrária K (X), onde X = |Dϕ|2 determina a dinâmica do campo escalar complexo. Especificamente, escolhemos K (X) = X − αX2, da qual resultam apenas vórtices não-BPS generalizados (o modelo assim obtido não engendra vórtices BPS). Estes vórtices engendram campo elétrico nulo (tal como aqueles obtidos no âmbito da eletrodinâmica de Maxwell- Higgs usual), além de carga topológica não trivial (dado serem topológicos). Em seguida, resolvemos as equações de Euler-Lagrange (diferenciais de segunda ordem) e enunciamos as principais características que as soluções generalizadas resultantes engendram. Em seguida, apresentamos um segundo modelo generalizado. O novo modelo é determinado por duas funções adimensionais do campo escalar, G(|ϕ|) e w (|ϕ|). Estas funções são supostas obedecerem um vínculo que relaciona-as ao potencial de Higgs, V (|ϕ|). Neste iv contexto, vórtices BPS topológicos também existem, e as suas características numéricas podem ser muito semelhantes, ou muito diferentes, daquelas verificadas no contexto usual. Finalmente, adaptamos o segundo modelo generalizado ao estudo das teorias gêmeas, i.e., teorias diferentes com exatamente as mesmas soluções, além de exatamente a mesma energia. Neste caso, G(|ϕ|), w (|ϕ|) e V (|ϕ|) são supostas obedecerem dois novos vínculos. Aqui, existem vórtices BPS gêmeos caracterizados por diferentes densidades de energia, todas elas resultando na mesma energia total.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:19Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-04-28Bitstream added on 2014-06-13T19:39:47Z : No. of bitstreams: 1 pascolati_mcv_me_bauru.pdf: 4047066 bytes, checksum: cf327b8f4cd0447dc8dd5e7c4d6604a5 (MD5) / O interesse em conhecer o comportamento supercondutor tem sido cada vez maior nas últimas décadas. Na busca de melhores características supercondutoras, descobriu-se que amostras volumétricas apresentam características muito diferentes de amostras mesoscópicas (amostras com dimensões próximas dos comprimentos de penetração de London e coerência). Como exemplo, podemos citar a não formação de rede de Abrikosov, como consequência do efeito de confinamento (efeito associado às dimensões reduzidas da amostra) e também uma mudança considerável nos valores dos campos críticos. Neste trabalho foram resolvidas as equações de Ginzburg-Landau dependentes do tempo (TDGL), para fazer uma análise detalhada da dinâmica de vórtices em filmes finos mesoscópicos. Para revolvê-las, utilizamos o método das variáveis de ligação com invariância de calibre, adaptado para o algoritmo de diferenças finitas, utilizado para obter a densidade dos pares de Cooper e também curvas de magnetização. O estudo dessa dinâmica de vórtices, foi feito em três amostras com superfícies geométricas diferentes (côncova, convexa e rugosa). Observamos que na comparação entre as duas primeiras, há uma diferença considerável nos valores dos campos críticos, bem como no comportamento da magnetização comparado com um filme plano. Já para a amostra de superfície rugosa, observamos que existe uma competição entre o efeito de confinamento e a rugosidade em relação à configuração dos vórtices. Apresentamos também, uma tabela que mostra resumidamente os estados estacionários dos vórtices nas três amostras. / The interest to investigate the investigate the behavior of a superconductor has grown in the last few decades. Having in mind to search for better superconducting characteristics, it has been found that bulk samples present characteristics much more different than mesoscopic samples (samples with dimensions of the same order of the same order of the London penetration length and the coherence length). As an example, we can mention the non-formation of an Abrikosov vortex lattice as a consequence of the confinement effect (effect associated with the reduced dimensions of the sample) and also considerable change in the critical field values. In the present work we solved the time dependent Ginzburg-Landau equation (TDGL), in order to make a detailed analysis of the vortex dynamics in mesoscopic thin films. To solve these equations, we have used the link variables method which is gauge invariant. From this, we obtain the Cooper pair density and the magnetization curves. The vortex dynamics was investigated for three different surfaces of the film (concave, convex, and irregular). We have observed that, with respect to the parabolic geometries, there is a considerable difference for the critical fields, as well as for the behavior of the magnetization compared to a flat film. On the other hand, for a sample with an irregular surface, we have seen that there is a competition between the confinement effect and rugosity with respect to vortex configurations. We also present a table which summarizes the vortex stationary states for the three topologies mentioned above.

Um modelo numérico para simulação da resposta aeroelástica de asas fixas é proposto. A estratégia adotada no trabalho é a de tratar a aerodinâmica e a dinâmica estrutural separadamente e então acoplá-las na equação de movimento. A caracterização dinâmica de uma asa protótipo é feita pelo método dos elementos finitos e a equação de movimento é escrita em função das coordenadas modais. O carregamento aerodinâmico não-estacionário é determinado pelo método de malha de vórtices. A troca de informações entre as malhas estrutural e aerodinâmica é feita através do método de interpolação por splines de superfície e a equação de movimento é resolvida iterativamente no domínio do tempo, utilizando-se um método preditor-corretor. As teorias de aerodinâmica, dinâmica estrutural e do acoplamento entre elas são apresentadas separadamente, juntamente com os respectivos resultados obtidos. A resposta aeroelástica da asa protótipo é representada por curvas de deslocamentos modais em função do tempo para várias velocidades de vôo e a ocorrência de flutter é verificada quando estas curvas divergem (i.e. as amplitudes aumentam progressivamente). Transformadas de Fourier destas curvas mostram o acoplamento de freqüências característico do fenômeno de flutter. / A numerical model for the simulation of the aeroelastic response of fixed wings is proposed. The methodology used in the work is to treat the aerodynamic and the structural dynamics separately and then couple them in the equation of motion. The dynamic characterization of a prototype wing is done by the finite element method and the equation of motion is written in modal coordinates. The unsteady aerodynamic loads are predicted using the vortex lattice method. The exchange of information between the aerodynamic and structural meshes is done by the surface splines interpolation scheme, and the equation of motion is solved interactively in the time domain, employing a predictor-corrector method. The aerodynamic and structural dynamics theories, and the methodology to couple them, are described separately, together with the corresponding obtained results. The aeroelastic response of the prototype wing is represented by time histories of the modal coordinates for different airspeeds, and the flutter occurrence is verified when the time histories diverge (i.e. the amplitudes keep growing). Fast Fourier Transforms of these time histories show the coupling of frequencies, typical of the flutter phenomenon.

Neste trabalho estudamos um sistema bidimensional composto de duas espécies atômicas condensadas, uma delas contendo uma rede de vórtices. Analogamente ao modelo desenvolvido para tratar de átomos ultrafrios em redes ópticas, mapeamos o Hamiltoniano do nosso sistema com o Hamiltoniano do modelo Bose-Hubbard (BH), com o potencial periódico da rede advindo da interação de campo médio entre as duas espécies. A variação do comprimento de espalhamento atômico permite alterar as propriedades do potencial confinante, com a indução da transição de fase quântica na espécie aprisionada nos vórtices. O novo aspecto trazido pela rede de vórtices advém dos seus modos de excitação de baixa energia, os modos de Tkachenko. Consideramos os efeitos da dinâmica própria desse potencial sobre a espécie aprisonada através de um modelo BH efetivo, com novos valores para interação local e tunelamento, além de um termo adicional de interação de longo alcance, mediada pelos modos da rede. Além de complementar os estudos com redes ópticas estáticas, a proposta teórica desenvolvida apresenta grande viabilidade experimental no contexto das técnicas atuais para manipulação de átomos ultrafrios. / In this work we consider a two dimensional system composed of two condensed atomic species, one containing a vortex lattice. Analogously to the model used to describe ultracold atoms in optical lattices, we mapped our system Hamiltonian in the Hamiltonian of the Bose-Hubbard (BH) model, with the periodic lattice potential arising from the meanfield interaction between the two species. The variation of the atomic scattering length allow us to change the properties of the confining potential, to induce the quantum phase transition in the species trapped in the vortices. The new aspect brought by the vortex lattice comes with its low energy normal modes, the Tkachenko modes. We considered the effects of such dynamic potential over the confined species thought an effective BH model, with new values for the local interaction and tunneling parameters, besides an additional long-range interaction term mediated by the lattice modes. Our theoretical proposal goes beyond the studies with static optical lattice. Additionally, it has great feasibility in the current context of ultra-cold atoms experimental techniques.

Um dos grandes desafios enfrentados pelos fabricantes de turbinas hidráulicas é prevenir o aparecimento de vibrações induzidas pelo escoamento nas travessas do pré-distribuidor e pás do rotor. Considerando apenas as travessas, e atribuídos a tais vibrações, foram relatados 28 casos de trincas ou ruídos anormais nas últimas décadas, que acarretaram enormes prejuízos associados a reparos, atrasos e perda de geração. O estado da arte na prevenção destes problemas baseia-se na utilização de sofisticados, e caros, programas comerciais de dinâmica dos fluidos computacional para o cálculo transiente do fenômeno. Este trabalho faz uma ampla revisão bibliográfica e levantamento de eventos de trincas ou ruídos ocorridos em travessas nos últimos 50 anos. Propõe, então, um enfoque alternativo, baseado exclusivamente em ferramentas de código aberto. A partir de hipóteses simplificadoras devidamente justificadas, o problema é formulado matematicamente de forma bidimensional, no plano da seção transversal da travessa, levando em conta a interação fluido-estrutura. Nesta estratégia, as equações de Navier-Stokes são resolvidas pelo método dos elementos finitos por meio da biblioteca gratuita oomph-lib. Um código especial em C++ é desenvolvido para o problema de interação fluido-estrutura, no qual o fenômeno de turbulência é levado em consideração por meio de um algoritmo baseado no modelo de Baldwin-Lomax. O método proposto é validado por meio da comparação dos resultados obtidos com referências e medições disponíveis na literatura, que tratam de problemas de barras retangulares suportadas elasticamente. O trabalho finaliza com a aplicação do método a um estudo de caso envolvendo uma travessa particular. / One of the biggest challenges for hydraulic turbine manufacturers is to prevent vortex-induced vibration on the stay vanes and runner blades. Only regarding stay vanes, 28 cases of cracks or unusual noises attributed to such vibrations were reported in the past decades leading to huge costs due to repair, delays and lack of generation. The state of the art today is to use powerful and expensive commercial computational fluid dynamics software to address the required transient phenomena. The present work carries out a comprehensive survey on occurred events in stay vanes during the last 50 years. Then, an alternative approach, based only on free open-source tools, is proposed. From due justified simplifying assumptions, the problem is formulated two-dimensionally, in the stay vane cross section plane, taking the fluid-structure interaction into account. In such a strategy, the Navier-Stokes equations are solved using oomph-lib, an object-oriented, finite-element library. A special C++ computational code is developed to deal with the fluid-structure interaction problem, in which turbulence is considered through a special algorithm, based on the Baldwin-Lomax model. The proposed method is validated through comparisons with an aerodynamics benchmark and an experimental measurement of oscillating rectangular bars both available in the literature. The method is finally applied to a case study of a particular stay vane. Keywords: Hydraulic turbine. Fluid-structure interaction. Vortex-induced vibration.

Submitted by Pedro Barros (pedro.silvabarros@ufpe.br) on 2018-08-08T18:27:43Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) TESE Rodolfo Marcone Silva Souza.pdf: 3134895 bytes, checksum: a00817e8dfd7bd060ee1bf4d5dcdbdc9 (MD5) / Approved for entry into archive by Alice Araujo (alice.caraujo@ufpe.br) on 2018-08-16T22:31:45Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) TESE Rodolfo Marcone Silva Souza.pdf: 3134895 bytes, checksum: a00817e8dfd7bd060ee1bf4d5dcdbdc9 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-16T22:31:45Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) TESE Rodolfo Marcone Silva Souza.pdf: 3134895 bytes, checksum: a00817e8dfd7bd060ee1bf4d5dcdbdc9 (MD5) Previous issue date: 2017-04-07 / FACEPE / Os cenários de mudanças climáticas apontam para alterações no regime de chuva com tendência de escassez de água nas regiões semiáridas. As projeções de mudanças na sazonalidade e na variabilidade interanual das chuvas indicam impactos severos na vegetação das regiões tropicais áridas e semiáridas. Além disso, mudanças no uso da terra podem impactar nos fluxos de energia e carbono nessas regiões. Nesse sentido, essa pesquisa teve dois principais objetivos: i) avaliar a variabilidade sazonal e interanual dos fluxos de energia e carbono em área de pastagem degradada e caatinga no semiárido pernambucano; ii) avaliar os efeitos da sazonalidade e variabilidade interanual da chuva na caatinga e modelar as respostas da caatinga às futuras mudanças no regime de chuva. Para atender o primeiro objetivo, foram instaladas torres micrometeorológicas para medições contínuas de variáveis meteorológicas, fluxos de energia, carbono e do conteúdo de água no solo, realizados em uma área de pastagem degradada (PA) e de caatinga (CA) no município de Serra Talhada-PE. Os fluxos de energia e carbono foram medidos com um sistema de correlação dos vórtices turbulentos à 2,0 e 10 m de altura na PA e CA, respectivamente. A maior parte da energia disponível foi convertida em fluxo de calor sensível tanto na PA como na CA, no entanto, o calor latente e a evapotranspiração na CA foi maior do que na PA. Após os eventos de chuva, principalmente no começo da estação chuvosa, foram registrados fluxos positivos de CO₂ em ambas as áreas, que em seguida passaram a ter fluxo de CO₂ negativo devido à fotossíntese das plantas. Durante a estação chuvosa, a respiração na CA foi cerca de 2,8 vezes maior do que na PA. Apesar do baixo regime pluviométrico, ambas as áreas atuaram como sumidouro de carbono, retirando em média 3,25 e 3,42 Mg de C ha⁻¹ ano⁻¹ respectivamente para a PA e a CA. No segundo principal objetivo, foram calculadas estatísticas da sazonalidade e da variabilidade interanual da chuva e do NDVI que descrevem a duração, o tempo e a intensidade das estações úmida e seca em quatro locais de estudo no Estado de Pernambuco (São João, Araripina, Serra Talhada e Petrolina). Os resultados mostraram que a caatinga tende a ter uma resposta mais estável com a estação de crescimento mais longa (3,1±0,1 meses) comparada com a duração da estação chuvosa (2,0±0,5 meses). O formato e o tamanho das curvas de histerese da relação chuva-NDVI estão relacionadas aos efeitos tampão da dinâmica da água no solo e do crescimento das plantas. Por fim, as simulações da resposta da vegetação para diferentes cenários de chuva revelaram a existência de uma produtividade máxima do ecossistema em níveis intermediários da sazonalidade da chuva, o que sugere uma possível compensação nos efeitos da intensidade e da duração da estação úmida no crescimento da vegetação, relacionado com a dinâmica da água no solo e a taxa de transpiração. / Climate change scenarios point to changes in the rainfall regime with a tendency for water scarcity in semi-arid regions. Projections of changes in seasonality and interannual rainfall variability indicate severe impacts on the vegetation of arid and semi-arid tropical regions. In addition, changes in land use can impact energy and carbon flows in these regions. In this sense, this research had two main objectives: i) evaluate the seasonal and interannual variability of flows of energy and carbon in degraded pasture area and in the semi-arid caatinga of Pernambuco; ii) assess the effects of seasonality and interannual variability of rain in caatinga and model the responses of the caatinga to future changes in rainfall regime. In order to meet the first objective,micrometeorological towers were installed for continuous measurements of meteorological variables, energy fluxes, carbon and soil water content in a degraded pasture (PA) and caatinga (CA) area in the municipality of Serra Talhada-PE. The energy and carbon fluxes were measured with a correlation system of turbulent vortices at 2.0 and 10 m height in PA and CA, respectively. Most of the available energy was converted into sensible heat flux in both PA and CA, however, latent heat and evapotranspiration in CA were higher than in PA. After the events of rain, especially at the beginning of the rainy season, have registered positive CO₂ flows in both areas, which then started to have negative CO₂ flux due to photosynthesis. During the rainy season, the respiration in CA was about 2.8 times higher than in PA. Despite the low rainfall regime, both areas acted as a carbon sink by an average of 3.9 and 3.4 Mg C ha⁻¹ year⁻¹ respectively to the PA and CA. In the second main objective, we calculated statistics of seasonality and interannual variability of rainfall and NDVI that describing the duration, timing, and intensity of wet and dry seasons for four sites in State of Pernambuco (São João, Araripina, Serra Talhada e Petrolina). The results showed that the caatinga tends to have a more stable response with the longest growing season (3.1±0.1 months) compared with the duration of the rainy season (2.0±0.5 months). The format and the size of the hysteresis loops of the rain-NDVI relations are linked to the buffering effects of soil moisture and plant growth dynamics. Finally, the simulations of the response of vegetation to different scenarios of rain have revealed the existence of a maximum productivity of the ecosystem at intermediate levels of seasonality of rain, which suggests a possible compensation effects of intensity (e.g. quantity) and the duration of the wet season in the growth of vegetation related to the dynamics of the water in the soil and the rate of transpiration.