Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-08-20T19:33:13Z No. of bitstreams: 1 CRISTOVÃO MÁCIO DE OLIVEIRA LIMA FILHO - DISSERTAÇÃO PPGEE 2010..pdf: 2095765 bytes, checksum: 1c2232fd0f1557df7308e04bad6426c2 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-20T19:33:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CRISTOVÃO MÁCIO DE OLIVEIRA LIMA FILHO - DISSERTAÇÃO PPGEE 2010..pdf: 2095765 bytes, checksum: 1c2232fd0f1557df7308e04bad6426c2 (MD5) Previous issue date: 2010-06-09 / Esta dissertação descreve o desenvolvimento de um leiaute de uma nova arquitetura de multiplicador em corpos finitos baseada no multiplicador de Mastrovito. Tal arquitetura tem como unidades de processamento as portas de limiar linear, que é o elemento básico de uma rede neural discreta. As redes neurais discretas implementadas com portas de limiar linear permitem reduzir a complexidade de certos circuitos antes implementados com lógica tradicional (Portas AND, OR e NOT). Com isso, a idéia de estender o uso de portas de limiar linear em operações aritméticas em corpos finitos se torna bastante atraente. Assim, para comprovar de forma prática, a eficiência das portas de limiar linear, a arquitetura de um multiplicador em GF(24), proposta em (LIDIANO - 2000), foi implementada utilizando as ferramentas de desenho de leiaute de circuito integrado da Mentor Graphics®. Os resultados da simulação do leiaute do circuito integrado do multiplicador em GF(24) são apresentados. Os mesmos indicaram um desempenho abaixo do esperado, devido a complexidade espacial do multiplicador em GF(2n) com 4=n não ser suficiente para que as vantagens da implementação com portas de limiar linear sejam visualizada. / This dissertation describes the development of a layout of new multiplication architecture in Galois field based on the Mastrovito multiplier. The processing unit of this new architecture is a threshold logic gate, which is a basic element of a discrete neural network. The discrete neural network built with threshold logic gates allow reduce de complexity of a certain circuits once built using traditional boolean gates (AND, OR and NOT). Therewith, the idea of extending the advantages of the threshold logic gates for arithmetic operations in Galois field to become very attractive. Thus, to confirm into practice form, the advantages of the threshold logic gates, a multiplier architecture in GF(24), proposed in (LIDIANO - 2000), was implemented using the integrated circuit layout tools of Mentor Graphics®. The results from simulations of the layout of multiplier in GF(24) are presented. These results indicated a low performance, due to the space complexity of GF(2n) multiplier with n = 4 is not enough for show the advantages of the multiplier implementation with threshold logic gates.

We present the theory of orbital angular momentum of light (MAO), based on the basic concepts of electromagnetism, as well as some techniques from generation and characterization of light beams possessing MAO. We also present non-linear optical processes of parametric conversion spontaneous descendant (CPD) and stimulated (CPDE). We reviewed the problem of conservation of MAO in CPD in the scheme does not collinear, describing States of using Laguerre-Gauss beams MAO. We extend this study to the case in which Bessel beams are used to describe the States of MAO. Our results show that rape occurs on conservation law of MAO, which is attributed to deformation of the angular spectrum of beam pumping (pump) transferred to the twin photons. However, this violation can be advantageous because through breach of MAO have access to entangled States of dimension greater than those generated with collinear geometry. As an alternative to the note of the violation of the law of conservation in parametric down conversion process we proposed an experiment based on CPDE, where the experimental implementation is simpler. Using MAO as target and polarization qubit as qubit control, we experimentally a alternative to optical circuit proposal for Li-Ping et al. [16] for the implementation of the logic gate C-NOT. Also we present an application of logic gate C-NOT for the generation of entangled States of a single photon, which can be implemented with our optical circuit. The generation of entangled States, multidimensional, and the implementation quantum logic gates are important for the areas of information and quantum computation. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Apresentamos a teoria do momento angular orbital da luz (MAO), baseada nos conceitos básicos do eletromagnetismo, bem como algumas técnicas de geração e caracterização de feixes de luz possuindo MAO. Apresentamos também os processos ópticos não lineares de conversão paramétrica descendente espontânea (CPD) e estimulada (CPDE). Revisamos o problema da conservação do MAO na CPD no regime não colinear, descrevendo os estados de MAO utilizando feixes Laguerre-Gauss. Extendemos este estudo para o caso em que feixes Bessel são usados para descrever os estados de MAO. Nossos resultados mostram que ocorre violação na lei de conservação do MAO, que é atribuída a deformação do espectro angular do feixe de bombeamento (pump) transferido para os fótons gêmeos. Entretanto, esta violação pode ser vantajosa, pois através da violação do MAO conseguimos ter acesso a estados emaranhados de dimensão maior do que aqueles gerados com geometria colinear. Como alternativa para a observação da violação da lei de conservação no processo de conversão paramétrica descendente, propusemos um experimento baseado na CPDE, onde a realização experimental é mais simples. Utilizando o MAO como qubit alvo e a polarização como qubit controle, realizamos experimentalmente um circuito ótico alternativo à proposta de Li-Ping e colaboradores [16] para a implementação da porta lógica C-NOT. Também apresentamos uma aplicação da porta lógica C-NOT para a geração de estados emaranhados de um único fóton, que pode ser implementada com nosso circuito ótico. A geração de estados emaranhados multidimensionais e a implementaçãode portas lógicas quânticas são importantes para as áreas de informação e computação quântica.

Systems which exhibit nonreciprocal transmission or that can be used as logic functions are of great interest for the development of essential devices to nanotechnology. In this work, we investigate the transmission properties for two kinds of coupled discrete nonlinear chains configurations. In the first structure, it was explored the diode-like behavior, while in the other, it was showed the performance of different logic gates. The two systems were described by a set of the discrete nonlinear Schrödinger equations within a tight-binding approach. We determine their respective transmission spectrum. The first system is a nonlinear dimer coupled to linear side chains. We investigate the influence of the saturation of the nonlinear response on the nonreciprocal transmission, which had not been well studied in the previous literature. Through the analysis of the transmission spectrum, we unveil that, in regions of bistable behavior (windows), the difference between transport from right to left and transport from left to right is greater. Moreover these windows widen and displace to regions where the incident amplitude is larger as saturation is considered. The calculation of rectifying factor showed that, in the second bistability window, the influence of the saturation parameter has distinct actions over short- and long-wavelength. In the first window, the rectifying action is not compromised by the saturation. So weak saturation can improve the efficiency of the nonreciprocal transmission. The second system is a Y-shaped structure, on which three linear chains are joined by a nonlinear site. This kind of structure has been studied in the context of DNA-based devices. We investigated the capability of our model system to perform logic gate operations based on the transmission of phase-shifted incoming waves. Using a digitalization scheme of the output signal based on amplitude modulation, we show that AND, OR and XOR logic gate can be achieved. The phase-shifting between the incoming waves is required for the OR logic gate to be realizable and strong nonlinearity favors the existence of logic gates in the regime of short wavevectors. The analysis of the contrast ratio shows that optimal operation of the AND and OR logic gates takes place when the nonlinear response is the predominant physical property distinguishing the coupling and regular sites. We concluded that Y-shaped structures can potentially perform distinct logic functions. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Sistemas que apresentam transmissão não reciproca ou que possam ser usados em funções lógicas são de grande interesse para a construção de dispositivos essenciais ao desenvolvimento da nanotecnologia. Neste trabalho, investigamos as propriedades de transmissão em duas configurações de cadeias quase unidimensionais, discretas e não lineares. Em uma delas foi explorado o comportamento tipo diodo, e na outra, o surgimento de diferentes tipos de portas lógicas. Ambos os sistemas foram modelados através de um conjunto de equações de Schrödinger discretas não lineares dentro de aproximação tight binding e obtidos seus respectivos espectros de transmissão. O primeiro sistema consiste em um dímero não linear acoplado a duas cadeias lineares no qual investigamos a influência da saturação da resposta não linear na obtenção de transmissão não recíproca, até então ainda não estudada. Através da análise do espectro de transmissão, pudemos mostrar que nas regiões de comportamento biestável (chamados de janelas de biestabilidade), a diferença entre o transporte da direita para esquerda e o transporte da esquerda para direita é mais pronunciada a medida que se aumenta o coeficiente de saturação da não linearidade. Estas janelas se ampliam e são deslocadas para regiões onde a amplitude das ondas incidentes são maiores. O cálculo do fator de retificação nos permitiu mostrar ainda que a influência da saturação se dá de maneira diferente nas janelas de biestabilidade. Enquanto na segunda janela o comportamento é diferente em pequeno e grande comprimento de onda, na primeira isso não ocorre. Portanto, pudemos concluir que valores intermediários da saturação favorecem o transporte unidirecional. O segundo sistema consiste de uma estrutura tipo Y, na qual três cadeias lineares são unidas por um sítio não linear. Esse tipo de estrutura tem sido muito investigado em nanoestruturas de DNA. Investigamos a capacidade deste sistema realizar operações de portas lógicas baseadas na transmissão de ondas incidentes com diferença de fase. Usando um esquema de digitalização do sinal de saída baseado na modulação da amplitude, mostramos que portas AND, OR, e XOR podem ser encontradas. A diferença de fase entre as ondas incidentes é responsável pela existência das portas tipo OR enquanto que fortes não linearidades favorecem a realização de portas lógicas na região de pequeno vetor de onda. A análise do contraste, grandeza que mede a eficiência da porta lógica, mostrou que portas lógicas AND e OR são melhores quando os sítios regulares e o de acoplamento são distintos apenas pela resposta não linear. Concluímos que estruturas tipo Y têm grande potencial para realização de portas lógicas.

nÃo hà / Neste trabalho foi realizado um estudo numÃrico do interferÃmetro de Sagnac baseado em cristais fotÃnicos e de acoplador Ãptico de metamaterial. Na simulaÃÃo do interferÃmetro foram analisados os efeitos da propagaÃÃo da luz, considerando-se a dispersÃo de velocidade de grupo (GVD) e de terceira ordem (TOD), espalhamento Raman intrapulso, auto-inclinaÃÃo (Self-steepening) e auto-modulaÃÃo de fase na equaÃÃo nÃo linear de SchrÃdinger generalizada. No primeiro momento foi realizado o estudo para quatro fatores de razÃo de divisÃo da potÃncia incidente em uma das portas do dispositivo e trÃs dimensÃes para o comprimento do anel do dispositivo. Para caracterizar o desempenho do sistema, foram analisadas as curvas de transmissÃo, taxa de extinÃÃo, crosstalk e fator de compressÃo do pulso transmitido. No segundo momento, foi verificada a performance do chaveamento nÃo-linear para obtenÃÃo de porta lÃgica sob ModulaÃÃo por Amplitude de Pulsos (PAM). Excitando-se as duas portas de entrada do dispositivo com nÃveis lÃgicos "0" e "1", observando o seu comportamento em uma das saÃdas do dispositivo. Inicialmente, variou-se o parÃmetro de ajuste da modulaÃÃo (|ε|), obtendo-se apenas a porta lÃgica OR. E, em uma segunda aplicaÃÃo, manteve-se o parÃmetro da modulaÃÃo fixa e variou-se a fase de uma das portas de entrada, de 0 a 2π rad, encontrando-se portas lÃgicas do tipo OR, AND e XOR. TambÃm foram estudadas as caracterÃsticas de um guia metamaterial que possui a parte real da permissividade elÃtrica e da permeabilidade magnÃtica negativas. Esse guia metamaterial à acoplado com um guia convencional, observando-se as caracterÃsticas de transmissÃo e potÃncia crÃtica desse tipo de acoplador e, comparando-se com um acoplador convencional. Para essa anÃlise foi utilizado um perfil de automodulaÃÃo decrescente linearmente com cinco valores mÃnimo, observando-se um comportamento de histerese. / In this paper we present a numerical study of the Sagnac interferometer based on photonic crystals and optical coupler metamaterial. In the simulation of the interferometer effects of light propagation were analyzed, considering the dispersion of the group velocity (GVD) and third order (TOD), intrapulse Raman scattering, self-slope (self-steepening) and self-modulation phase in the generalized non-linear SchrÃdinger equation. The first time the study was conducted for four power division ratio of factors incident in one of the device ports and three dimensions for the device ring length. To characterize the system performance, were analyzed the transmission curves, extinction ratio, crosstalk and compression factor of the transmitted pulse. In the second moment, the performance of the non-linear switching was observed for obtaining gate under Pulse Amplitude Modulation (PAM). Exciting the two device input ports with logical levels "0" and "1", observing their behavior in one of the device outputs. Initially, the modulation is varied adjustment parameter (| ε |), obtaining only the logical OR gate. And in a second application, the fixed modulation parameter remained and was varied the phase of the input ports 0 to 2π rad, lying type logic gate OR, AND and XOR. The characteristics of a metamaterial guide that has the real part of electrical permittivity and magnetic permeability negatives were also studied. This metamaterial guide is coupled to a conventional guide, observing the transmission characteristics and critical power of this type of coupler and compared with a conventional coupler. For this analysis we used a decreasing automodulation profile linearly with five minimum, observing a hysteresis behavior.

Reconfigurable field effect transistors (RFET) have the ability to toggle polarity between n- and p- conductance at runtime [1], [2]. The here presented multiple independent gate (MIG) RFET expands the device functionality by offering additional logical inputs, valuable for e.g. efficient XOR or majority gate implementations [3], [4] or the here originally presented multiplexer circuit. Moreover,https://inspec.iet.org/ideas/#controlled-terms for the first time with a top-down RFET approach equal ON-currents are obtained for every configuration while requiring only one supply voltage (VDD).

Silicon Nanowire (SiNW) based reconfigurable fieldeffect transistors (RFETs) provide an additional gate terminal called the program gate which gives the freedom of programming p-type or n-type functionality for the same device at runtime. This enables the circuit designers to pack more functionality per computational unit. This saves processing costs as only one device type is required, and no doping and associated lithography steps are needed for this technology. In this paper, we present a complete design flow including both logic and physical synthesis for circuits based on SiNW RFETs. We propose layouts of logic gates, Liberty and LEF (Library Exchange Format) files to enable further research in the domain of these novel, functionally enhanced transistors. We show that in the first of its kind comparison, for these fully symmetrical reconfigurable transistors, the area after placement and routing for SiNW based circuits is 17% more than that of CMOS for MCNC benchmarks. Further, we discuss areas of improvement for obtaining better area results from the SiNW based RFETs from a fabrication and technology point of view. The future use of self-aligned techniques to structure two independent gates within a smaller pitch holds the promise of substantial area reduction.

In this paper, we consider devices, circuits, and systems comprised of transistors with integrated ferroelectrics. Said structures are actively being considered by various semiconductor manufacturers as they can address a large and unique design space. Transistors with integrated ferroelectrics could (i) enable a better switch (i.e., offer steeper subthreshold swings), (ii) are CMOS compatible, (iii) have multiple operating modes (i.e., I-V characteristics can also enable compact, 1-transistor, non-volatile storage elements, as well as analog synaptic behavior), and (iv) have been experimentally demonstrated (i.e., with respect to all of the aforementioned operating modes). These device-level characteristics offer unique opportunities at the circuit, architectural, and system-level, and are considered here from device, circuit/architecture, and foundry-level perspectives.

We report on a novel silicon nanowire-based field effect transistor with integrated ferroelectric gate oxide. The concept allows tuning the carrier transport in a non-volatile approach by switching the polarization in the ferroelectric layer close to the source Schottky-junction. We interpret the results in terms of tuning the transmissibility of the Schottky-junction for charge carriers. The experimental results provide a first step towards the integration of memory-in-logic concepts with reconfigurable nanowire transistors.

Logic-in-memory circuits promise to overcome the von-Neumann bottleneck, which constitutes one of the limiting factors to data throughput and power consumption of electronic devices. In the following we present four-input logic gates based on only two ferroelectric FETs (FeFETs) with hafnium oxide as the ferroelectric material. By utilizing two complementary inputs, a XOR and a XNOR gate are created. The use of only two FeFETs results in a compact and nonvolatile design. This realization, moreover, directly couples the memory and logic function of the FeFET. The feasibility of the proposed structures is revealed by electrical measurements of HKMG FeFET memory arrays manufactured in 28nm technology.

Para poder satisfacer la demanda de mayores anchos de banda y los requisitos de los nuevos servicios, se espera que se produzca una evolución de las redes ópticas hacia arquitecturas reconfigurables dinámicamente. Esta evolución subraya la importancia de ofrecer soluciones en la que la escalabilidad y la flexibilidad sean las principales directrices. De acuerdo a estas características, las redes ópticas de conmutación de paquetes (OPS) proporcionan altas capacidades de transmisión, eficiencia en ancho de banda y excelente flexibilidad, además de permitir el procesado de los paquetes directamente en la capa óptica. En este escenario, la solución all-optical label switching (AOLS) resuelve el cuello de botella impuesto por los nodos que realizan el procesado en el dominio eléctrico. A pesar de los progresos en el campo del networking óptico, las redes totalmente ópticas todavía se consideran una solución lejana . Por tanto, es importante desarrollar un escenario de migración factible y gradual desde las actuales redes ópticas basadas en la conmutación de circuitos (OCS). Uno de los objetivos de esta tesis se centra en la propuesta de escenarios de migración basados en redes híbridas que combinan diferentes tecnologías de conmutación. Además, se analiza la arquitectura de una red OPS compuesta de nodos que incorporan nuevas funcionalidades relacionadas con labores de monitorización y esquemas de recuperación. Las redes ópticas permiten mejorar la transparencia de la red, pero a costa de aumentar la complejidad de las tareas de gesión. En este escenario, la monitorización óptica de prestaciones (OPM) surge como una tecnología capaz de facilitar la administración de las redes OPS, en las que cada paquete sigue su propia ruta en la red y sufre un diferente nivel de degradación al llegar a su destino. Aquí reside la importancia de OPM para garantizar los requisitos de calidad de cada paquete. / Vilar Mateo, R. (2010). Optical performance monitoring in optical packet-switched networks [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/8926