Underground mining produces a huge amount of voids and an even larger quantity of mine waste. Overlooking these voids could lead to the possibility of ground subsidence, as well as safety issues during mining operation; while ignoring the waste, could cause environmental pollution and significant suffering. One solution to remedy both (the voids and the waste) is cemented paste backfill (CPB), which is gaining increased recognition in both the mining industry and academic research. Transforming tailings into cemented paste, and transporting this back to underground stopes, not only negates these safety issues to a large degree, but also makes it possible to put waste to good use.However, most studies involving CPB have been conducted at temperatures above 0°C; knowledge of CPB in sub-zero environments is still lacking. For this reason, this thesis investigates the mechanical behaviour of CPB in a the latter type of environment.Uniaxial compressive strength tests were carried out on a series of frozen CPB (FCPB) samples to evaluate the mechanical behaviour (e.g. compressive strengths, geotechnical features, and the stress-strain relationships) of FCPB. It has been discovered in this thesis that FCPB exhibits remarkable strength compared to CPB and, has a great resemblance to frozen soil. Factors which may affect the behaviour of FCPB were thoroughly examined. Binder contents and types were found to be irrelevant; water content, in contrast, plays a dominant role, with an optimum value of around 26% by weight. Sulphate was confirmed to have an adverse effect on the strength of FCPB due to the increasing unfrozen water content and the formation of legible ice lenses. Hydraulic conductivity tests, scanning electron microscope observations, thermal gravimetric analyses, and mercury intrusion porosimetry were also performed as subsidiary experiments to understand the geotechnical features of FCPB. This information will be of significant value for numerous practical applications.

Este trabalho foi realizado tendo como objetivo o estudo do ponto invariante com a temperatura (ZTC - Zero Temperature Coefficient) para transistores com estrutura SOI FinFET em relação aos efeitos de tensionamento e radiação, através da utilização de dados experimentais e de um modelo analítico. Foram analisados primeiramente os parâmetros básicos de tensão de limiar e transcondutância, nos quais está baseado todo o modelo e verificado a influência dos efeitos do tensionamento e da radiação nos mesmos, para analisar o comportamento da tensão de porta no ponto ZTC em dispositivos do tipo n. Foram utilizados dispositivos com três dimensões de largura de aleta (fin) diferentes, 20nm, 120nm e 370nm e comprimento de canal de 150nm e de forma comparativa em dispositivos de 900nm, em quatro lâminas diferentes, sem/com tensionamento e/ou sem/com radiação. A tensão de limiar sofre grande influência do tensionamento, enquanto a radiação tem menor efeito na tensão de limiar na faixa estudada, passando a ter maiores significâncias nos dispositivos tensionados com maior largura de aleta. A transcondutância também sofre maior influência do efeito de tensionamento, sendo neste parâmetro a alteração pelo efeito da radiação muito menor. Contudo estes dois parâmetros geram outros dois parâmetros essenciais para análise do ZTC, que são obtidos através das suas variações em relação a temperatura. A variação da tensão de limiar em relação à temperatura e a degradação da transcondutância também pela temperatura (ou fator c: degradação da mobilidade pela temperatura), influenciam diretamente na eventual variação do ponto de ZTC com a temperatura. Quando estas influências são pequenas ou atuam de forma a compensarem-se mutuamente, resultam em valores de ZTC mais constantes com a temperatura. A tensão de limiar influência direta e proporcionalmente no valor da tensão de ZTC em amplitude, enquanto a degradação da mobilidade (transcondutância) atua mais na constância do ZTC com a temperatura. Com base nestes mesmos parâmetros e com ajustes necessários no modelo foram estudados dispositivos com as mesmas características físicas, porém, do tipo p, onde os resultados encontrados tiveram relação a característica de funcionamento deste outro tipo, ficando claro a inversão da significância dos efeitos quanto a variação da temperatura. O modelo simples e analítico utilizado para o estudo do ZTC foi validado para esta tecnologia, já que foi encontrado valores de erro entre valores experimentais e calculados com um máximo de 13% incluindo toda a faixa de temperatura e a utilização dos efeitos de radiação e tensionamento, tendo mostrado valores discrepantes somente para alguns casos de largura da aleta maiores, que mostraram ter uma pequena condução pela interface canal/óxido enterrado antes da condução na primeira interface, não prevista no modelo. / This work was performed with the aim of the study of the invariant point with temperature (called ZTC - Zero temperature Coefficient) for transistors made with SOI FinFET structure in relation to the mechanical stress and irradiation effects, through of the use of experimental data and an analytical model. Were first analyzed the basics parameters as threshold voltage and transconductance, in which all the model is based and was verified the influence of the mechanical stress and irradiation effects on these parameters, for analyze the gate voltage\'s behavior on ZTC point in n type devices. Were used devices with three different width fin dimensions, 20nm 120nm and 370nm and channel length of 150nm and in a comparative way with 900nm length devices, in four different waffles, with/without mechanical stress and/or with/without irradiation. The threshold voltage suffers big influence from stress, while the irradiation has less effect on the threshold voltage in the studied band, becoming to have more significance on the stressed devices with larger fin width. The transconductance also suffers more influence of the stress effect, being on this parameter the variation caused by irradiation effect smaller. However, these two parameters generate others two essentials parameters for the ZTC analysis, they are obtained through of the previous parameters variation by the temperature. The threshold voltage variation by the temperature and the tranconductance degradation by the temperature (or c factor: mobility degradation by the temperature), influence directly on the eventual variation of the ZTC point by the temperature. When these influences are small or act by the way to compensate mutually, result at ZTC values more constant with the temperature. The threshold voltage influence direct proportionality on the ZTC voltage\'s value at amplitude, while the mobility (transconductance) degradation act more on ZTC stability with the temperature. Based in these same parameters and with necessaries adjusts on the model, were studied devices with the same physic characteristics, but of the p type, where the founded results had relation with the work characteristics of this other type, becoming clear the inversion of significance of the effects by the temperature variation. The simple and analytical model used for the ZTC study was validated for this technology, since it was found error values between experimental data and calculated data with a maximum of 13%, shown discrepant values only for some cases of larger fin widths, that shown to have a small conduction by the channel/buried oxide interface before of the first interface\'s conduction, not previewed in the model.

Neste trabalho é apresentado um estudo do ponto ZTC (Zero Temperature Coefficient) em dispositivos SOI MOSFETs, funcionando em modo parcialmente (PD-SOI) e totalmente (FD-SOI) depletados. O estudo é realizado a partir de um modelo analítico simples, proposto para determinação da tensão de polarização da porta do transistor no ponto ZTC (VZTC), através dos modelos de primeira ordem das características da corrente de dreno (IDS) em função da tensão aplicada a porta (VGF) do transistor, considerando as regiões de operação linear e de saturação. Para a validação do modelo, os resultados obtidos são confrontados com dados experimentais, e foi obtido um bom ajuste dos valores, apesar das simplificações adotadas para o modelo proposto. Foi realizada uma análise para estudar o impacto no valor de VZTC com a variação no valor de parâmetros de referência, como a concentração de portadores (Naf) e a espessura do óxido de porta (toxf). O erro máximo observado em VZTC, impondo a variação nos parâmetros Naf e toxf, para os dispositivos PD é de 3,1% e 4,6% na região linear, respectivamente; e 3,5% e 7,2% na região de saturação, respectivamente. Para os dispositivos FD o erro máximo observado, devido a variação nos parâmetros Naf e toxf, foi de 11% e 10% operando no regime linear, respectivamente e 5,3% e 8,4% no regime de saturação, respectivamente. Através do modelo proposto foi realizado o estudo da estabilidade do ponto ZTC em função da variação da degradação da mobilidade com a temperatura (fator c), comprimento de canal (L) e a tensão de dreno (VDS) para os dispositivos supracitados. A analise da influência do fator c em VZTC mostrou-se mais importante nos dispositivos parcialmente depletados (PD). A tensão VZTC, para os dispositivos nMOS, apresentou um menor valor operando na região de saturação, e torna-se mais pronunciada essa diferença para dispositivos com menor comprimento de canal, para ambos os tipos de dispositivos. Observando a variação de VZTC com VDS, nota-se uma diminuição no valor de VZTC para altos valores de VDS, para os dois tipos de dispositivos estudados, n e pMOS. Os resultados do modelo proposto foram avaliados com dados experimentais de outras tecnologias SOI MOSFET. Também foi obtido um bom ajuste com os valores para as tecnologias GC-SOI e GC-GAA SOI, operando em regime linear e saturação. / This paper presents a study of ZTC point (\"Zero Temperature Coefficient) in SOI MOSFETs devices, partially (PD-SOI) and fully (FD-SOI) depleted mode. The study is performed from a simple analytical model proposed for the determination of the gate bias voltage at ZTC point (VZTC) using the first-order models of the drain current (IDS) characteristics as a function of the gate voltage (VGF), operating in the linear and saturation regimes. To validate the model proposed results were compared with experimental data, and the analytical predictions are in very close agreement with experimental results in spite of the simplification used for the VZTC model proposed. Analysis was performed to study the impact on the VZTC value with the change in the parameters used as reference, such as Naf and toxf. The maximum error observed for the PD devices is 3.1% and 4.6% in the linear region and 3.5% and 7.2% in the saturation region, respectively. For FD devices the maximum error observed was 11% and 10% operating in the linear and 5.3% and 8.4% in the saturation regime. In order to verify the stability of the ZTC point as a function of the mobility degradation (c), channel length (L) and drain voltage (VDS), the proposed model was applied to the devices mentioned above. The VZTC changes in the temperature range investigated showed a temperature mobility degradation dependence and are more pronounced in PD devices. The VZTC voltage for nMOS devices presented a lower value operating in the saturation region than in the linear region, and this difference becomes more pronounced to devices with smaller channel length for both devices, n and pMOS. Analyzing the VZTC variation with drain voltage (VDS), showed a decrease in VZTC value for higher VDS, for both studied devices. The model proposed results were evaluated using experimental data from other SOI MOSFET technologies. And also we have obtained for the GC SOI and GC-GAA-SOI technologies a very close agreement, operating in both regions, linear and saturation.

Neste trabalho é apresentado um estudo do ponto ZTC (Zero Temperature Coefficient) em dispositivos SOI MOSFETs, funcionando em modo parcialmente (PD-SOI) e totalmente (FD-SOI) depletados. O estudo é realizado a partir de um modelo analítico simples, proposto para determinação da tensão de polarização da porta do transistor no ponto ZTC (VZTC), através dos modelos de primeira ordem das características da corrente de dreno (IDS) em função da tensão aplicada a porta (VGF) do transistor, considerando as regiões de operação linear e de saturação. Para a validação do modelo, os resultados obtidos são confrontados com dados experimentais, e foi obtido um bom ajuste dos valores, apesar das simplificações adotadas para o modelo proposto. Foi realizada uma análise para estudar o impacto no valor de VZTC com a variação no valor de parâmetros de referência, como a concentração de portadores (Naf) e a espessura do óxido de porta (toxf). O erro máximo observado em VZTC, impondo a variação nos parâmetros Naf e toxf, para os dispositivos PD é de 3,1% e 4,6% na região linear, respectivamente; e 3,5% e 7,2% na região de saturação, respectivamente. Para os dispositivos FD o erro máximo observado, devido a variação nos parâmetros Naf e toxf, foi de 11% e 10% operando no regime linear, respectivamente e 5,3% e 8,4% no regime de saturação, respectivamente. Através do modelo proposto foi realizado o estudo da estabilidade do ponto ZTC em função da variação da degradação da mobilidade com a temperatura (fator c), comprimento de canal (L) e a tensão de dreno (VDS) para os dispositivos supracitados. A analise da influência do fator c em VZTC mostrou-se mais importante nos dispositivos parcialmente depletados (PD). A tensão VZTC, para os dispositivos nMOS, apresentou um menor valor operando na região de saturação, e torna-se mais pronunciada essa diferença para dispositivos com menor comprimento de canal, para ambos os tipos de dispositivos. Observando a variação de VZTC com VDS, nota-se uma diminuição no valor de VZTC para altos valores de VDS, para os dois tipos de dispositivos estudados, n e pMOS. Os resultados do modelo proposto foram avaliados com dados experimentais de outras tecnologias SOI MOSFET. Também foi obtido um bom ajuste com os valores para as tecnologias GC-SOI e GC-GAA SOI, operando em regime linear e saturação. / This paper presents a study of ZTC point (\"Zero Temperature Coefficient) in SOI MOSFETs devices, partially (PD-SOI) and fully (FD-SOI) depleted mode. The study is performed from a simple analytical model proposed for the determination of the gate bias voltage at ZTC point (VZTC) using the first-order models of the drain current (IDS) characteristics as a function of the gate voltage (VGF), operating in the linear and saturation regimes. To validate the model proposed results were compared with experimental data, and the analytical predictions are in very close agreement with experimental results in spite of the simplification used for the VZTC model proposed. Analysis was performed to study the impact on the VZTC value with the change in the parameters used as reference, such as Naf and toxf. The maximum error observed for the PD devices is 3.1% and 4.6% in the linear region and 3.5% and 7.2% in the saturation region, respectively. For FD devices the maximum error observed was 11% and 10% operating in the linear and 5.3% and 8.4% in the saturation regime. In order to verify the stability of the ZTC point as a function of the mobility degradation (c), channel length (L) and drain voltage (VDS), the proposed model was applied to the devices mentioned above. The VZTC changes in the temperature range investigated showed a temperature mobility degradation dependence and are more pronounced in PD devices. The VZTC voltage for nMOS devices presented a lower value operating in the saturation region than in the linear region, and this difference becomes more pronounced to devices with smaller channel length for both devices, n and pMOS. Analyzing the VZTC variation with drain voltage (VDS), showed a decrease in VZTC value for higher VDS, for both studied devices. The model proposed results were evaluated using experimental data from other SOI MOSFET technologies. And also we have obtained for the GC SOI and GC-GAA-SOI technologies a very close agreement, operating in both regions, linear and saturation.

Este trabalho foi realizado tendo como objetivo o estudo do ponto invariante com a temperatura (ZTC - Zero Temperature Coefficient) para transistores com estrutura SOI FinFET em relação aos efeitos de tensionamento e radiação, através da utilização de dados experimentais e de um modelo analítico. Foram analisados primeiramente os parâmetros básicos de tensão de limiar e transcondutância, nos quais está baseado todo o modelo e verificado a influência dos efeitos do tensionamento e da radiação nos mesmos, para analisar o comportamento da tensão de porta no ponto ZTC em dispositivos do tipo n. Foram utilizados dispositivos com três dimensões de largura de aleta (fin) diferentes, 20nm, 120nm e 370nm e comprimento de canal de 150nm e de forma comparativa em dispositivos de 900nm, em quatro lâminas diferentes, sem/com tensionamento e/ou sem/com radiação. A tensão de limiar sofre grande influência do tensionamento, enquanto a radiação tem menor efeito na tensão de limiar na faixa estudada, passando a ter maiores significâncias nos dispositivos tensionados com maior largura de aleta. A transcondutância também sofre maior influência do efeito de tensionamento, sendo neste parâmetro a alteração pelo efeito da radiação muito menor. Contudo estes dois parâmetros geram outros dois parâmetros essenciais para análise do ZTC, que são obtidos através das suas variações em relação a temperatura. A variação da tensão de limiar em relação à temperatura e a degradação da transcondutância também pela temperatura (ou fator c: degradação da mobilidade pela temperatura), influenciam diretamente na eventual variação do ponto de ZTC com a temperatura. Quando estas influências são pequenas ou atuam de forma a compensarem-se mutuamente, resultam em valores de ZTC mais constantes com a temperatura. A tensão de limiar influência direta e proporcionalmente no valor da tensão de ZTC em amplitude, enquanto a degradação da mobilidade (transcondutância) atua mais na constância do ZTC com a temperatura. Com base nestes mesmos parâmetros e com ajustes necessários no modelo foram estudados dispositivos com as mesmas características físicas, porém, do tipo p, onde os resultados encontrados tiveram relação a característica de funcionamento deste outro tipo, ficando claro a inversão da significância dos efeitos quanto a variação da temperatura. O modelo simples e analítico utilizado para o estudo do ZTC foi validado para esta tecnologia, já que foi encontrado valores de erro entre valores experimentais e calculados com um máximo de 13% incluindo toda a faixa de temperatura e a utilização dos efeitos de radiação e tensionamento, tendo mostrado valores discrepantes somente para alguns casos de largura da aleta maiores, que mostraram ter uma pequena condução pela interface canal/óxido enterrado antes da condução na primeira interface, não prevista no modelo. / This work was performed with the aim of the study of the invariant point with temperature (called ZTC - Zero temperature Coefficient) for transistors made with SOI FinFET structure in relation to the mechanical stress and irradiation effects, through of the use of experimental data and an analytical model. Were first analyzed the basics parameters as threshold voltage and transconductance, in which all the model is based and was verified the influence of the mechanical stress and irradiation effects on these parameters, for analyze the gate voltage\'s behavior on ZTC point in n type devices. Were used devices with three different width fin dimensions, 20nm 120nm and 370nm and channel length of 150nm and in a comparative way with 900nm length devices, in four different waffles, with/without mechanical stress and/or with/without irradiation. The threshold voltage suffers big influence from stress, while the irradiation has less effect on the threshold voltage in the studied band, becoming to have more significance on the stressed devices with larger fin width. The transconductance also suffers more influence of the stress effect, being on this parameter the variation caused by irradiation effect smaller. However, these two parameters generate others two essentials parameters for the ZTC analysis, they are obtained through of the previous parameters variation by the temperature. The threshold voltage variation by the temperature and the tranconductance degradation by the temperature (or c factor: mobility degradation by the temperature), influence directly on the eventual variation of the ZTC point by the temperature. When these influences are small or act by the way to compensate mutually, result at ZTC values more constant with the temperature. The threshold voltage influence direct proportionality on the ZTC voltage\'s value at amplitude, while the mobility (transconductance) degradation act more on ZTC stability with the temperature. Based in these same parameters and with necessaries adjusts on the model, were studied devices with the same physic characteristics, but of the p type, where the founded results had relation with the work characteristics of this other type, becoming clear the inversion of significance of the effects by the temperature variation. The simple and analytical model used for the ZTC study was validated for this technology, since it was found error values between experimental data and calculated data with a maximum of 13%, shown discrepant values only for some cases of larger fin widths, that shown to have a small conduction by the channel/buried oxide interface before of the first interface\'s conduction, not previewed in the model.

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Sub-zero saline solutions were evaluated for the improvement of chilling efficiency and product quality of broiler carcasses. In this study, four experiments were conducted to chill broiler carcasses using different saline solutions and chilling temperatures in the Meat Processing Center at California Polytechnic State University (Cal Poly, San Luis Obispo, CA) or in the processing plant at Foster Farms (Livingston, CA). In Experiment I, three salt concentrations and solution temperatures (0% NaCl/0.5°C, 4% NaCl/-2.41°C, and 8% NaCl/-5.08°C) were used to chill carcasses. The fillets in brine chilling at sub-zero temperatures showed lower shear forces than the fillets in 0% NaCl control solution. In Experiment II, three salt concentrations (0% NaCl/0.5°C, 4% NaCl/-2.41°C, and 8% NaCl/-5.08°C) were used to chill carcasses with/without pre-chilling in 0% NaCl/0.5ºC or 0% NaCl/14°C. Fillets from the carcasses in 4% NaCl/-2.41°C significantly improved tenderness (P < 0.05), with no significant difference observed for the shear force of 8% NaCl/-5.08°C, regardless of pre-chilling. In Experiment III, four salt concentrations (0% NaCl/0.5°C, 1% NaCl/-0.6°C, 2% NaCl/-1.2°C, and 3% NaCl/-1.8°C) were used to chill carcasses. The shear force of fillets decreased as the salt content increased and chilling temperature decreased from 0%NaCl/0.5°C to 3%NaCl/-1.8°C, with the lowest shear force observed in 3% NaCl brine at -1.8°C (P < 0.05). The chilling time (90 min) of 3% NaCl was reduced by 25 min (or 22%) compared to water control (115 min), with an intermediate reduction (13 - 17%) v seen for other NaCl solutions (95 – 100 min). Breast fillets showed no significant difference in chilling yield, pH, R-value, and sarcomere length for raw meats as well as in cooking yield and salt content for cooked fillets across all treatments (P > 0.05). In Experiment IV, three salt concentrations (0% NaCl/0.5°C, 3% NaCl/-1.8°C, and 4% NaCl/-2.41°C) were used to chill carcasses. The chilling time (55 min) of 4% NaCl was reduced by 35 min (or 39%) compared to the time (90 min) of water control, with an intermediate reduction (11%) seen for 3% NaCl solution. Control fillets in 0% NaCl showed a higher shear force than the fillets in sub-zero brine chilling (P < 0.05). Based on these results, broiler carcasses chilled in 4% NaCl/-2.41°C appears to be ideal to improve both chilling efficiency and meat tenderness compared to the carcasses chilled in 0% NaCl/0.5°C.

This thesis presents the benchmarking and development of a method to study ground state properties of hydrogen clusters using molecular dynamics. Benchmark studies are performed on our Path Integral Molecular Dynamics code using the Langevin equation for finite temperature studies and our Langevin equation Path Integral Ground State code to study systems in the zero-temperature limit when all particles occupy their nuclear ground state. A simulation is run on the first 'real' system using this method, a parahydrogen molecule interacting with a fixed water molecule using a trivial unity trial wavefunction. We further develop a systematic method of optimizing the necessary parameters required for our ground state simulations and introduce more complex trial wavefunctions to study parahydrogen clusters and their isotopologues orthodeuterium and paratritium. The effect of energy convergence with parameters is observed using the trivial unity trial wavefunction, a Jastrow-type wavefunction that represents a liquid-like system, and a normal mode wavefunction that represents a solid-like system. Using a unity wavefunction gives slower energy convergence and is inefficient compared to the other two. Using the Lindemann criterion, the normal mode wavefunction acting on floppy systems introduces an ergodicity problem in our simulation, while the Jastrow does not. However, even for the most solid-like clusters, the Jastrow and the normal mode wavefunctions are equally efficient, therefore we choose the Jastrow trial wavefunction to look at properties of a range of cluster sizes. The energetic and structural properties obtained for parahydrogen and orthodeuterium clusters are consistent with previous studies, but to our knowledge, we may be the first to predict these properties for neutral paratritium clusters. The results of our ground state simulations of parahydrogen clusters, namely the distribution of pair distances, are used to calculate Raman vibrational shifts and compare to experiment. We investigate the accuracy of four interaction potentials over a range of cluster sizes and determine that, for the most part, the ab initio derived interaction potentials predict shifts more accurately than the empirically based potentials for cluster sizes smaller than the first solvation shell and the trend is reversed as the cluster size increases. This work can serve as a guide to simulate any system in the nuclear ground state using any trial wavefunction, in addition to providing several applications in using this ground state method.

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