161 leaves ; ill. / Title page, contents and abstract only. The complete thesis in print form is available from the University Library. / Thesis (Ph.D.)--University of Adelaide, Dept. of Botany, 1973

Thesis (Ph.D.) -- University of Adelaide, Dept. of Botany, 1973.

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En esta tesis se estudia el fenómeno que es conocido en la literatura como “efectos de tamaño y geometría en fenómenos de transporte”. En específico se estudia de qué manera la superficie rugosa, que limita la estructura metálica, afecta a las propiedades de transporte de carga cuando una o más de las dimensiones que caracterizan la estructura metálica se tornan comparables o inferiores al camino libre medio l de los portadores de carga en el grueso. Se analiza la teoría de transporte de Calecki, que proporciona una solución numérica para los coeficientes de transporte eléctrico como son la resistividad, la tangente de Hall y la magnetorresistencia transversal. La teoría de Calecki considera el efecto de scattering electrón-superficie rugosa desde primeros principios, usando el formalismo de la ecuación semiclásica de transporte de Boltzmann. El resultado es que la teoría proporciona una descripción adecuada de la resistividad en función de la temperatura, una descripción aceptable de la tangente de Hall en función del campo magnético a 4 K, pero predice una magnetorresistencia transversal a 4 K que es varios órdenes de magnitud menor que lo observado.

Tesis para optar al grado de Magíster en Ciencias, Mención Física / The electron localization function (ELF) is a scalar field that accounts of the excess of electronic kinetic energy due to Pauli repulsion between electrons with the same spin. With this function, it is possible to divide real space in regions (basins) where electronic localization is high and Pauli repulsion is low (up-down electron pairs). From a phenomenological point of view, bifurcation points of the localization domains (points that belong to certain basins of a molecule) can be used to describe the rupture and formation of chemical bonds. Moreover, topological analysis of ELF allows us performing a statistical analysis of the electronic population of basins in a molecule. In this work, by using density functional theory with an hybrid exchange-correlation functional, we describe the electron localization along the intramolecular proton transfer in the Salicidene Methilamine molecule (SMA). First we do it in the ground state, in order to acquire physical insight of the process. Later, by means of time-dependent density functional theory (TD-DFT) in the linear response regime, we perform an equivalent analysis in the first excited state, for which we propose a way to compute ELF in excited states using TD-DFT. We show how the electronic population and other properties of interest of the basins associated with the atoms and bonds involved in the proton transfer change during the reaction. Finally, we choose this system because, after photoexcitation and proton transfer process, SMA suffers a large Stokes shift followed by a "closed" photocycle that ends with the molecule in its original ground state. This makes molecules like SMA good prospects for molecular photoswitches. The main contribution of this thesis is that this is the first time that the ELF developed and successfully used to explain chemical bonding in excited states.

Diapositivas de fuerza eléctrica. Comprende lo siguientes temas: carga eléctrica, propiedades de las cargas fundamentales, procesos de carga, ley de Coulom y ejemplos de aplicación.

In this thesis we present contributions in the field of the applications of quantum field theories techniques to condensed matter models. In chapter 3 we investigate on the non covariant fermionic determinant and its connection to Luttinger liquids. We address the problem of the regularization of the theory. In chapter 4 we treat spin flipping interactions in the non local Thirring model and we obtain an effective bosonic actions that describe separated spin and charge degrees of freedom. In chapter 4 we apply the self consistent harmonic approximation to previously derived bosonic action and we obtain potential depending equations for the spectrum gap. In chapter 5 we include spin-orbit couplings and compute correlations functions. We show that the spin orbit interactions modify the exponents and the phase diagram of the system and makes new susceptibilities diverge for low temperature. Finally in chapter 6 we summarize the main results and the conclusions.

En el Radio Observatorio de Jicamarca(ROJ) se ha desarrollado un sistema receptor digital de señales de radiofrecuencia provenientes de satélites de baja orbita. Este receptor terrestre calcula la variación del Contenido Total de Electrones(rTEC, del ingles relative Total Electron Content) en la ionosfera que tal y como su nombre lo diceel rTEC esta relacionado al contenido total de electrones o densidad de iones en la ionosfera. Este sistema tiene la capacidad de obtener señales transmitidas desde nano satélites y satélites en general que cuenten con un payload especifico. En un futuro el sistema receptor será capaz de captar las señales del transmisor del nanosatélite desarrollado por el ROJ. Las mediciones del rTEC obtenidas permitirán investigar la ionósfera ecuatorial y observar eventos y fenomenos de interés cuando se presenten irregularidades. En el presente trabajo de tesis, se hará una descripción del sistema y se explicará cómo el sistema receptor determina el rTEC usando la técnica llamada Differential Doppler. Así mismo se mostrarán los resultados de detección del rTEC utilizando las señales de radio frecuencias transmitidas por satélites que se encuentran operativos como COSMOS, CASSIOPE y DMSP-F15. Finalmente se mostraran las comparaciones de estos resultados con mediciones obtenidas por otro receptor del tipo analógico, las cuales presentan un alto índice de correlación. / A radio beacon receiver system is being developed at the Jicamarca Radio Observatory. This ground-based receiver will be used to obtain ionospheric total electron content (TEC) over the Peruvian region by detecting satellite radio beacon signals. This work is part of a project that involves the development of a CubeSat radio beacon for ionospheric measurements. The receiver station will have the capability to obtain differential phase measurements from current operational satellite radio beacons and from the new CubeSat radio beacon developed at the Jicamarca Radio Observatory. Due to the proximity to the magnetic equator, the obtained TEC measurements will allow the investigation of the equatorial ionosphere which plays a significant role in the generation of irregularities such as the equatorial spread F. Here, we present a description of the initial beacon receiver system design which is based on quadrifilar helix antennas, cavity filters, amplifiers and software-defined radio equipment. Initial simulations and tests of the different stages of the receiver system, including the algorithm for the data acquisition, will be shown. In addition, we will describe the design and tests of our cavity filters that show a better performance than commercial ones. Finally, we will explain how the receiver system determinates the TEC in the ionosphere using the Differential Doppler technique and how multi-ples scientific satellites constellations like COSMOS and COSMIC help us to do our measurements. This receiver system instrumentation will add to the set of groundbased instruments already operating at the Jicamarca Radio Observatory and will provide a valuable data set for ionospheric research. / Tesis

En la presente tesis se estudian procesos de ionización de distintos blancos por impacto de electrones y positrones, a nivel plenamente diferencial. El cálculo de secciones eficaces se realiza mediante métodos de onda distorsionada y los resultados obtenidos se comparan con datos experimentales y otros modelos teóricos. Se realizan distintas aproximaciones a la descripción del estado final de la colisión, en función del blanco involucrado. Comenzando por estudiar la molécula de H2O, se observó que para electrones incidentes con una energía de 81 eV, aproximar al ion molecular como un único centro de carga +1 en el estado final predice correctamente las estructuras experimentales, pero que al reducir esta energía a 65 eV, el modelo sobreestima la emisión electrónica hacia ángulos grandes, respecto de la dirección del haz incidente. En este sentido, se realizó una segunda aproximación, promediando esféricamente la interacción de las partículas en el continuo con el ion molecular, la cual mejora la descripción de esta emisión electrónica, aunque solamente para momentos transferidos bajos. Además, analizando la influencia del signo de carga del proyectil, se observó que es de vital importancia considerar explícitamente la interacción post-colisional en el cálculo de la amplitud de transición. Por otra parte, analizando la simple ionización de la molécula de C4H8O por impacto de electrones a una energía de 250 eV, y a través de estos modelos monocéntricos, se observó que promediar esféricamente el potencial anisotrópico en el estado final, mejora la descripción de las estructuras experimentales respecto de considerar un único centro de carga +1, pero sin lograr un acuerdo perfecto en todas las direcciones de emisión. En consecuencia, se introdujo una aproximación multicéntrica al ion molecular, la cual fue implementada para analizar la simple ionización de moléculas orientadas de H2 por impacto de electrones a una energía de 54 eV. En este caso, se observó que el modelo introducido provee una buena descripción de las estructuras experimentales para condiciones energéticas simétricas de emisión, mejorando la predicha por los modelos monocéntricos. Por último, se realizó un análisis diferencial de la ionización del átomo de hidrógeno embebido en plasmas débilmente acoplados a energías de impacto de 80 y 150 eV, donde se incluyó el efecto de apantallamiento entre los tres pares de partículas del estado final. Los resultados obtenidos sugieren que la emisión electrónica se ve fuertemente afectada por el grado de apantallamiento del entorno, para distintas condiciones cinemáticas, e indicando un pérdida del mecanismo de interacción post-colisional. / The present thesis investigates ionization processes of various targets by electron and positron impact, at a fully differential level. The cross sections are calculated by means of distorted wave methods, benchmarking the obtained results with experimental data and other theoretical models. Different approximations to the description of the final state of the collision process are made, according to the target involved. Starting with the study of the H2O molecule, it was observed that for incident electrons with an energy of 81 eV, approximating the molecular ion as a single center of charge +1 in the final state, correctly predicts the experimental structures. However, when this energy is reduced to 65 eV, this model overestimates the electronic emission towards large angles, with respect to the incident beam direction. In this regard, a second approximation was made, spherically averaging the interaction between the continuum particles and the molecular ion, which improves the description of this electronic emission, but only for low momentum transfers. In addition, analyzing the influence of the projectile charge sign, it was observed that it is vital to explicitly consider the post-collisional interaction in the calculation of the transition amplitude. On the other hand, the simple ionization of the C4H8O molecule by electron impact at an energy of 250 eV was analyzed, by means of these monocentric models, observing that spherically averaging the anisotropic potential in the final state improves the description of the experimental structures compared to considering a single center of charge +1, but without achieving perfect agreement in all emission directions. Consequently, a multicentric approximation to the molecular ion was introduced, which was implemented to analyze the simple ionization of H2 oriented molecules by electron impact at an energy of 54 eV. In this case, it was observed that the anisotropic model provides a good overall description of the experimental structures for symmetric emission energy conditions, improving the results obtained by means of monocentric models. Finally, a differential analysis of the ionization of the hydrogen atom embedded in weakly coupled plasmas at impact energies of 80 and 150 eV was performed, including the screening effect among the three pairs of particles in the final state. The obtained results suggest that electronic emission is strongly affected by the degree of screening of the environment, for different kinematic conditions, indicating a loss of the post-collisional interaction mechanism.

En esta tesis se presenta un estudio teórico sobre la interacción de partículas cargadas aceleradas con materiales de interés radioterapéutico, con miras a su posible aplicación en el tratamiento del cáncer mediante haces de iones. El trabajo se centra en el cálculo de las probabilidades de interacción electrónica (secciones eficaces de excitación y de ionización) de partículas cargadas (haces de iones y de electrones) con materia condensada, incluyendo materiales inorgánicos y orgánicos de interés para el problema estudiado, así como su uso en programas de simulación de la interacción de la radiación con materiales biológicos. Tras una introducción general (capítulo 1), la primera parte de la tesis (capítulos 2-4) trata sobre el cálculo de las secciones eficaces. El formalismo dieléctrico se ha utilizado para obtener las magnitudes básicas de frenado, tales como el poder de frenado, el straggling en la pérdida de energía, o el recorrido libre medio, para haces de iones y electrones. También se ha desarrollado un método para aplicar el formalismo dieléctrico al cálculo de secciones eficaces de ionización, incluyendo el cálculo de las distribuciones energéticas y angulares de electrones secundarios. Además, se ha implementado una metodología para extender estos cálculos a materiales biológicos arbitrarios, incluyendo blancos complejos, tales como el hueso, el ADN y sus componentes moleculares, proteínas, o compartimentos celulares. Las secciones eficaces obtenidas se han utilizado como dato de entrada en el código de simulación SEICS para la propagación de haces de iones en materia condensada (capítulos 5 y 6). Este programa se ha ampliado para tener en cuenta los efectos específicos sufridos por protones relativistas (correcciones relativistas y reacciones nucleares de fragmentación nuclear) y se ha utilizado para simular situaciones de interés en la terapia del cáncer mediante haces de iones. Mediante el programa de simulación SEICS se ha reproducido una serie de experimentos de irradiación de blancos cilíndricos micrométricos, para poner a prueba el programa, así como para evaluar el poder de frenado de protones en agua líquida (el principal componente de los tejidos vivos). Además, se ha utilizado SEICS para obtener cantidades tales como la dosis en función de la profundidad, los perfiles de dosis lateral, y otras cantidades relacionadas, útiles en terapia. Por último, se han desarrollado técnicas analíticas, en contraste con la técnica de simulación (capítulo 7). Se ha implementado un algoritmo de haces tipo pincel para el cálculo rápido de la dosis, aprovechando los resultados obtenidos con el programa SEICS. Además, se ha desarrollado un modelo analítico para describir la interacción de haces de iones con compartimentos subcelulares realistas. Este modelo es muy útil para evaluar el depósito de energía y el número de ionizaciones producidas en el núcleo y el citoplasma celular, cantidades que son relevantes en radiobiología, ya que la energía depositada en el núcleo puede relacionarse con la probabilidad de muerte celular, mientras que existen otros efectos biológicos relacionados con el depósito de energía fuera del núcleo. Los resultados presentados en esta tesis exploran diferentes procesos físicos implicados en los mecanismos que subyacen a la terapia del cáncer mediante haces de iones.