Tese (livre-docência) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Odontologia de Piracicaba / Made available in DSpace on 2018-07-18T03:41:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Vidal_BenedictodeCampos_LD.pdf: 3322679 bytes, checksum: 9c9ae620d77b5f7840f770157d557180 (MD5) Previous issue date: 1967 / Resumo: Não informado / Abstract: Not informed / Tese (livre-docencia) - Univer / Livre-Docente em Odontologia

Desempenho e consumo energético são requisitos fundamentais em sistemas de computação. Um desafio comumente encontrado é conciliar esses dois aspectos, buscando manter o mesmo desempenho, consumindo cada vez menos energia. Muitas técnicas possibilitam a redução do consumo de energia em aplicações paralelas, mas na maioria das vezes elas envolvem recursos encontrados apenas em processadores modernos ou um conhecimento amplo das características da aplicação e da plataforma alvo. Nesse trabalho propomos uma abordagem em formato de Workflow. Na primeira fase, o comportamento da aplicação paralela é investigado. A partir dessa investigação, a segunda fase realiza a execução da aplicação paralela com diferentes frequências (mínima e máxima) de processador, utilizando a caracterização das regiões, obtida na primeira fase da abordagem. Esse Workflow foi implementado em formato de biblioteca dinâmica, a fim de que ela possa ser utilizada em qualquer aplicação OpenMP. A biblioteca possui suporte as duas fases do Workflow, na primeira fase é gerado um arquivo que descreve as assinaturas comportamentais das regiões paralelas da aplicação. Esse arquivo é posteriormente utilizado na segunda fase, quando a biblioteca vai alterar dinamicamente a frequência de processador. O benchmark Lulesh é utilizado como cenário de testes da biblioteca, com isso o maior ganho obtido é a redução de 1,89% do consumo de energia. Esse ganho acarretou uma sobrecarga de 0,09% no tempo de execução. Ao comparar nossa técnica com a política de troca de frequência adotada pelo governor Ondemand do Sistema Operacional Linux, o ganho de 1,89% é significativo em relação ao benchmark utilizado, pois nele existem regiões paralelas de curta duração, o que impacta negativamente no overhead da operação de troca de frequência. / Performance and energy consumption are fundamental requirements in computer systems. A very frequent challenge is to combine both aspects, searching to keep the high performance computing while consuming less energy. There are a lot of techniques to reduce energy consumption, but in general, they use modern processors resources or they require specific knowledge about application and platform used. In this work, we propose a performance analysis workflow strategy divided into two steps. In the first step, we analyze the parallel application behavior through the use of hardware counters that reflect CPU and memory usage. The goal is to obtain a per-region computing signature. The result of this first step is a configuration file that describes the duration of each region, their hardware counters, and source code identification. The second step runs the parallel application with different frequencies (low or high) according to the characterization obtained in the previous step. The results show a reduction of 1,89% in energy consumption for the Lulesh benchmark with an increase of 0,09% in runtime when we compare our approach against the governor Ondemand of the Linux Operating System.

Desempenho e consumo energético são requisitos fundamentais em sistemas de computação. Um desafio comumente encontrado é conciliar esses dois aspectos, buscando manter o mesmo desempenho, consumindo cada vez menos energia. Muitas técnicas possibilitam a redução do consumo de energia em aplicações paralelas, mas na maioria das vezes elas envolvem recursos encontrados apenas em processadores modernos ou um conhecimento amplo das características da aplicação e da plataforma alvo. Nesse trabalho propomos uma abordagem em formato de Workflow. Na primeira fase, o comportamento da aplicação paralela é investigado. A partir dessa investigação, a segunda fase realiza a execução da aplicação paralela com diferentes frequências (mínima e máxima) de processador, utilizando a caracterização das regiões, obtida na primeira fase da abordagem. Esse Workflow foi implementado em formato de biblioteca dinâmica, a fim de que ela possa ser utilizada em qualquer aplicação OpenMP. A biblioteca possui suporte as duas fases do Workflow, na primeira fase é gerado um arquivo que descreve as assinaturas comportamentais das regiões paralelas da aplicação. Esse arquivo é posteriormente utilizado na segunda fase, quando a biblioteca vai alterar dinamicamente a frequência de processador. O benchmark Lulesh é utilizado como cenário de testes da biblioteca, com isso o maior ganho obtido é a redução de 1,89% do consumo de energia. Esse ganho acarretou uma sobrecarga de 0,09% no tempo de execução. Ao comparar nossa técnica com a política de troca de frequência adotada pelo governor Ondemand do Sistema Operacional Linux, o ganho de 1,89% é significativo em relação ao benchmark utilizado, pois nele existem regiões paralelas de curta duração, o que impacta negativamente no overhead da operação de troca de frequência. / Performance and energy consumption are fundamental requirements in computer systems. A very frequent challenge is to combine both aspects, searching to keep the high performance computing while consuming less energy. There are a lot of techniques to reduce energy consumption, but in general, they use modern processors resources or they require specific knowledge about application and platform used. In this work, we propose a performance analysis workflow strategy divided into two steps. In the first step, we analyze the parallel application behavior through the use of hardware counters that reflect CPU and memory usage. The goal is to obtain a per-region computing signature. The result of this first step is a configuration file that describes the duration of each region, their hardware counters, and source code identification. The second step runs the parallel application with different frequencies (low or high) according to the characterization obtained in the previous step. The results show a reduction of 1,89% in energy consumption for the Lulesh benchmark with an increase of 0,09% in runtime when we compare our approach against the governor Ondemand of the Linux Operating System.

O grafeno é um material que apresenta propriedades físicas e químicas superiores aos materiais tradicionalmente utilizados na fabricação de diferentes dispositivos. Porém, para substituir tais materiais, é imprescindível o conhecimento e controle de processos de adsorção e incorporação de diferentes compostos na superfície do grafeno, crescido ou transferido, sobre diferentes substratos. A investigação da síntese e caracterização de filmes de grafeno com a finalidade de controlar as propriedades físico-químicas e elétricas é um esforço da comunidade científica atualmente. Nesse trabalho, tivemos o objetivo de investigar o processamento térmico do grafeno em vapor de água e em óxido nítrico e sua síntese pela técnica de MBE, caracterizando as estruturas resultantes através de técnicas de análise por feixes de íons, espectroscopia de fotoelétrons e espectroscopia Raman. No caso do processamento em vapor de água, as amostras foram submetidas a tratamentos térmicos em ampla faixa de temperatura (200-1000°C), sendo possível distinguir três diferentes regimes de interação do grafeno com a água. A baixas temperaturas de processamento (200-400°C), nenhuma modificação considerável é observada. Na faixa entre 400-500°C, a estrutura plana do grafeno é corrugada para acomodar os novos grupamentos funcionais formados. A partir de 600°C, os domínios cristalinos diminuem e observa-se alto nível de dopagem oxidativa. Já no processamento em NO, evidenciou- se a introdução de N na rede cristalina e etching do grafeno em altas temperaturas. Quanto ao crescimento de grafeno sobre substratos de Si3N4 e AlN(0001) por MBE, este trabalho mostrou a viabilidade de se obter filmes de nanografeno com uma taxa de crescimento de 1 monocamada por minuto, onde a qualidade cristalina do filme formado e a espessura dependem do tempo de crescimento. / Graphene is a material which presents physical and chemical properties superior than the materials traditionally used in different devices. In order to use graphene rather than those materials, it is necessary to understand and control the adsorption process and incorporation of different compounds on graphene, grown or transferred, on different substrates. The scientific community has made efforts to control the physicochemical and electrical properties of graphene films. The objective of thesis is to investigate the physicochemical modifications of graphene induced by annealing in water vapor and nitric oxide and to grow graphene by MBE. Resulting structures were characterized by ion beam analysis, x-ray spectroscopy and Raman spectroscopy. Concerning samples treated in water vapor, annealings were performed at temperatures ranging from 200 to 1000ºC. Results evidence three different regimes with respect to annealing temperature. In the low temperature range (200–400°C), no prominent modification of graphene itself is observed. At higher temperatures (400–500°C), to accommodate newly formed oxygen functionalities, the flat and continuous sp2 bonding network of graphene is disrupted, giving rise to a puckered layer. For 600°C and above, shrinking of graphene domains and a higher doping level take place. Regarding graphene processing in NO, results show N incorporation in graphene crystal network and etching of graphene at higher temperatures. Concerning graphene synthesis on Si3N4 and AlN(0001) by MBE, this work demonstrates the feasibility of growing nanographene with a growth rate of one monolayer per minute. In addition, the crystal quality of the films and their thickness depends on growing time.

A molécula de SF6 em jato molecular supersônico é estudada por duas técnicas experimentais diferentes, visando observar os aglomerados gerados por resfriamento em expansão supersônica. Descrevemos e comentamos as montagens dos experimentos de caracterização do jato molecular supersônico, da espectrometria de massas associada a uma ionização do tipo multifotônica e da espectroscopia infravermelha de alta resolução. Os resultados experimentais de maior relevância são apresentados e discutidos.

O principal objetivo deste trabalho é usar a explosão coulombiana do feixe de H+2 , para determinar o tempo de trânsito de fragmentos que atravessam filmes amorfos e consequente extrair a espessura e densidade do filme analisado. Neste trabalho é demonstrado a aplicabilidade desta técnica (chamada Perfilometria de Coulomb) para feixes moleculares de baixa energia. Neste caso efeitos de neutralização e espalhamento múltiplo devem ser considerados. Também é demonstrado o papel das forças de arrasto para todas as energias. Para este objetivo, foram utilizados feixes moleculares de H+2 de 50 - 200keV/u incidindo sobre filmes de TiO2 (10nm) e Al2O3 (3,4 nm) e medimos a energia dos fragmentos retroespalhados (H+) com uma técnica de alta resolução em energia, MEIS (Espalhamento de Íons de Energia Média). O efeito de neutralização no feixe, ao longo do caminho de entrada, foi claramente observado à baixas energias. Todos estes efeitos foram implementados em um programa Monte-Carlo, utilizado para gerar os valores da dispersão da perda de energia, causada pela repulsão entre os íons. Os resultados foram compatíveis aos obtidos por medidas de TEM. Também foram realizadas medidas para quantificar o efeito que a proximidade entre os componentes dos feixes H+2 , H+3 e HeH+ tem no poder de freamento (do fragmento H+). Estas medidas foram realizadas com o objetivo de obter a assinatura de excitação de plasmons, recentemente observada em um filme de SiO2. Para este objetivo, a técnica de MEIS foi usada para medir a razão entre a perda de energia do feixe molecular e a soma da perda de energia de seus constituintes, para um intervalo de energia entre 50 e 200 keV/u. / The main aim of this work is to use the Coulomb explosion of small cluster beams to measure the dwell time of fragments traversing amorphous films. It has been demonstrated that, the thickness of thin films can be obtained with the so-called Coulomb depth profiling technique using relatively high energies clusters where the fragments are fully ionized after breakup. Here we demonstrate the applicability of Coulomb depth pro ling technique at lower cluster energies, where neutralization comes into play. The importance of wake forces is also discussed in this work. To that end, we used 50-175 keV/u H+2 molecular ions impinging on a 10nm TiO2 and on a 4nm Al2O3 lms and measured the energy of the backscattered H+ fragments with a high energy resolution using MEIS techinique. The e ect of the neutralization of the H+ fragments along the incoming trajectory before the backscattering collision is clearly observed at lower energies through the decrease of the energy broadening due to the Coulomb explosion. The reduced values of the Coulomb explosion combined with full Monte-Carlo simulations provide compatible results with those obtained at higher cluster energies where neutralization is less important. The results are corroborated by Transmission Electron Microscopy (TEM) measurements. We have also performed meassurements of vicinage e ect on the stopping power, which arises when H+2 , H+3 e HeH+ cluster ions interact with both films and in order to understand the transition of negative and positive interferences found recently by Shubeita et al in SiO2. For this purpose, MEIS was used to measure the ratio, Rn, between the energy loss of the cluster and the sum of the energy loss of its constituents, at energy range between 50 and 200 keV per nucleon. We have also observed a steep increase around 90 keV for both cluster ions and films, which is associated with the plasmon excitation threshold.

O principal objetivo deste trabalho é usar a explosão coulombiana do feixe de H+2 , para determinar o tempo de trânsito de fragmentos que atravessam filmes amorfos e consequente extrair a espessura e densidade do filme analisado. Neste trabalho é demonstrado a aplicabilidade desta técnica (chamada Perfilometria de Coulomb) para feixes moleculares de baixa energia. Neste caso efeitos de neutralização e espalhamento múltiplo devem ser considerados. Também é demonstrado o papel das forças de arrasto para todas as energias. Para este objetivo, foram utilizados feixes moleculares de H+2 de 50 - 200keV/u incidindo sobre filmes de TiO2 (10nm) e Al2O3 (3,4 nm) e medimos a energia dos fragmentos retroespalhados (H+) com uma técnica de alta resolução em energia, MEIS (Espalhamento de Íons de Energia Média). O efeito de neutralização no feixe, ao longo do caminho de entrada, foi claramente observado à baixas energias. Todos estes efeitos foram implementados em um programa Monte-Carlo, utilizado para gerar os valores da dispersão da perda de energia, causada pela repulsão entre os íons. Os resultados foram compatíveis aos obtidos por medidas de TEM. Também foram realizadas medidas para quantificar o efeito que a proximidade entre os componentes dos feixes H+2 , H+3 e HeH+ tem no poder de freamento (do fragmento H+). Estas medidas foram realizadas com o objetivo de obter a assinatura de excitação de plasmons, recentemente observada em um filme de SiO2. Para este objetivo, a técnica de MEIS foi usada para medir a razão entre a perda de energia do feixe molecular e a soma da perda de energia de seus constituintes, para um intervalo de energia entre 50 e 200 keV/u. / The main aim of this work is to use the Coulomb explosion of small cluster beams to measure the dwell time of fragments traversing amorphous films. It has been demonstrated that, the thickness of thin films can be obtained with the so-called Coulomb depth profiling technique using relatively high energies clusters where the fragments are fully ionized after breakup. Here we demonstrate the applicability of Coulomb depth pro ling technique at lower cluster energies, where neutralization comes into play. The importance of wake forces is also discussed in this work. To that end, we used 50-175 keV/u H+2 molecular ions impinging on a 10nm TiO2 and on a 4nm Al2O3 lms and measured the energy of the backscattered H+ fragments with a high energy resolution using MEIS techinique. The e ect of the neutralization of the H+ fragments along the incoming trajectory before the backscattering collision is clearly observed at lower energies through the decrease of the energy broadening due to the Coulomb explosion. The reduced values of the Coulomb explosion combined with full Monte-Carlo simulations provide compatible results with those obtained at higher cluster energies where neutralization is less important. The results are corroborated by Transmission Electron Microscopy (TEM) measurements. We have also performed meassurements of vicinage e ect on the stopping power, which arises when H+2 , H+3 e HeH+ cluster ions interact with both films and in order to understand the transition of negative and positive interferences found recently by Shubeita et al in SiO2. For this purpose, MEIS was used to measure the ratio, Rn, between the energy loss of the cluster and the sum of the energy loss of its constituents, at energy range between 50 and 200 keV per nucleon. We have also observed a steep increase around 90 keV for both cluster ions and films, which is associated with the plasmon excitation threshold.

O principal objetivo deste trabalho é usar a explosão coulombiana do feixe de H+2 , para determinar o tempo de trânsito de fragmentos que atravessam filmes amorfos e consequente extrair a espessura e densidade do filme analisado. Neste trabalho é demonstrado a aplicabilidade desta técnica (chamada Perfilometria de Coulomb) para feixes moleculares de baixa energia. Neste caso efeitos de neutralização e espalhamento múltiplo devem ser considerados. Também é demonstrado o papel das forças de arrasto para todas as energias. Para este objetivo, foram utilizados feixes moleculares de H+2 de 50 - 200keV/u incidindo sobre filmes de TiO2 (10nm) e Al2O3 (3,4 nm) e medimos a energia dos fragmentos retroespalhados (H+) com uma técnica de alta resolução em energia, MEIS (Espalhamento de Íons de Energia Média). O efeito de neutralização no feixe, ao longo do caminho de entrada, foi claramente observado à baixas energias. Todos estes efeitos foram implementados em um programa Monte-Carlo, utilizado para gerar os valores da dispersão da perda de energia, causada pela repulsão entre os íons. Os resultados foram compatíveis aos obtidos por medidas de TEM. Também foram realizadas medidas para quantificar o efeito que a proximidade entre os componentes dos feixes H+2 , H+3 e HeH+ tem no poder de freamento (do fragmento H+). Estas medidas foram realizadas com o objetivo de obter a assinatura de excitação de plasmons, recentemente observada em um filme de SiO2. Para este objetivo, a técnica de MEIS foi usada para medir a razão entre a perda de energia do feixe molecular e a soma da perda de energia de seus constituintes, para um intervalo de energia entre 50 e 200 keV/u. / The main aim of this work is to use the Coulomb explosion of small cluster beams to measure the dwell time of fragments traversing amorphous films. It has been demonstrated that, the thickness of thin films can be obtained with the so-called Coulomb depth profiling technique using relatively high energies clusters where the fragments are fully ionized after breakup. Here we demonstrate the applicability of Coulomb depth pro ling technique at lower cluster energies, where neutralization comes into play. The importance of wake forces is also discussed in this work. To that end, we used 50-175 keV/u H+2 molecular ions impinging on a 10nm TiO2 and on a 4nm Al2O3 lms and measured the energy of the backscattered H+ fragments with a high energy resolution using MEIS techinique. The e ect of the neutralization of the H+ fragments along the incoming trajectory before the backscattering collision is clearly observed at lower energies through the decrease of the energy broadening due to the Coulomb explosion. The reduced values of the Coulomb explosion combined with full Monte-Carlo simulations provide compatible results with those obtained at higher cluster energies where neutralization is less important. The results are corroborated by Transmission Electron Microscopy (TEM) measurements. We have also performed meassurements of vicinage e ect on the stopping power, which arises when H+2 , H+3 e HeH+ cluster ions interact with both films and in order to understand the transition of negative and positive interferences found recently by Shubeita et al in SiO2. For this purpose, MEIS was used to measure the ratio, Rn, between the energy loss of the cluster and the sum of the energy loss of its constituents, at energy range between 50 and 200 keV per nucleon. We have also observed a steep increase around 90 keV for both cluster ions and films, which is associated with the plasmon excitation threshold.

Filmes epitaxiais de telureto de chumbo e estanho com a concentração de estanho variando em todo o intervalo de composição de liga foram crescidos pela primeira vez poe epitaxia de feixe molecular (MBE) sobre o plano natural de clivagem do substrato de BaF2(111), utilizando-se fontes sólidas distintas de PbTe e SnTe. A largura a meia altura da varredura w/2q refletida pelos planos (222) das amostras, medida com um difratômetro de raios X de alta resolução, foi aproximadamente 400 segundos de grau para as ligas ternárias, e 150 segundos de grau para os compostos binários. A mobilidade Hall a baixa temperatura foi de 5x105cm2V-1s-1 para o PbTe, e 2x103cm2V-1s-1 para o SnTe, embora a qualidade cristalográfica das amostras fossem semelhantes. Este decréscimo na mobilidade é uma conseqüência do aumento de densidade de buracos, que variou de 2x1017cm-3 para 2x1020cm-3 quando a concentração de estanho mudou de 0 para 100%. Este valor elevado de densidade de portadores, nas amostras com alta concentração de estanho, mostrou uma grande mudança no espectro de transmissão no infravermelho medido entre 77 a 300K, devido ao efeito de Burstein-Moss.

Nesse trabalho, foi investigado um novo tipo de fotodetector de radiação infravermelha baseado em pontos quânticos de submonocamada de InAs obtidos pela técnica de epitaxia por feixe molecular (MBE, Molecular Beam Epitaxy). Suas propriedades foram comparadas com as de fotodetectores de pontos quânticos de InAs convencionais obtidos pela mesma técnica de deposição, mas no modo de crescimento Stranski-Krastanov. Medidas de corrente de escuro, de ruído, de responsividade e de absorção mostraram que, dependendo da estrutura das amostras, os dispositivos com pontos quânticos de submonocamada podem ter um excelente desempenho. / In this work, we investigated a new type of infrared photodetector based on InAs sub-monolayer quantum dots grown by molecular beam epitaxy (MBE). Their properties were compared with those of photodetectors containing conventional InAs quantum dots obtained by the same deposition technique, but in the Stranski-Krastanov growth mode. Dark current, noise, responsivity and absorption measurements have shown that, depending on the structure of the samples, the devices with sub-monolayer quantum dots can perform very well.