No presente trabalho foram investigados vários sistemas moleculares contendo o dióxido de enxofre (SO2) como espécie elétron aceptora e diversas espécies elétron doadoras como aminas (alifáticas e aromáticas), complexos inorgânicos e líquidos iônicos. Estes compostos são chamados de complexos do tipo doador-aceptor, que no caso do SO2 são caracterizados por apresentarem baixas energias de ligação entre as espécies se comparada à maioria dos complexos desta categoria. A caracterização vibracional dos complexos e adutos de SO2, assim como do processo de transferência de carga (CT) intermolecular e da estabilidade destes sistemas consistem nos principais objetivos deste trabalho, tendo sido para tanto utilizadas as técnicas de espectroscopia eletrônica (UV-Vis), espectroscopia vibracional (Raman e infravermelho), cálculos de química quântica (DFT) e cálculos de dinâmica molecular clássica (MD). No caso de complexos entre aminas e SO2 foi observado que além da basicidade das aminas, o efeito estérico consiste em um fator crucial para a estabilidade. No caso de aminas aromáticas, complexos coloridos foram formados permitindo a obtenção de espectros Raman ressonante. No caso de um complexo inorgânico, com utilidade potencial como sensor de SO2foi observada a aplicação da espectroscopia Raman ressonante na caracterização do complexo de estequiometria 2:1. Já no caso da interação de SO2 e líquidos iônicos (LI) foi observada a capacidade de absorção de SO2 por LI e a conseqüente mudança das propriedades físico-químicas destes líquidos, o que abre a possibilidade, além de sua potencial utilização no contexto ambiental, de sintonizar propriedades de líquidos iônicos através da adição controlada de SO2. / In the present work molecular systems bearing the sulfur dioxide (SO2) as an electron acceptor species and several electron donor species as amines (aliphatic and aromatic), inorganic complexes and ionic liquids were investigated. Such complexes are commonly known as donor-acceptor complexes, and in particular, in the case of SO2 complexes are characterized by low binding energies when compared with the majority of charge transfer (CT) complexes. The vibrational characterization of the SO2 complexes, as well as of the intermolecular charge transfer (CT) process and of their stabilities are the main subjects of this work, and for such, electronic spectroscopy (UV-Vis), vibrational spectroscopy (Raman and infrared), quantum chemical (DFT) calculations and molecular dynamics (MD) simulations were used. In the case of complexes formed by amines and SO2 it was observed that besides the amine basicities, the steric effect plays a crucial role in their stabilities. In the case of aromatic amines, colored complexes were formed allowing the resonance Raman study. The use of Raman spectroscopy in the characterization of an inorganic complex (SO2 sensor) indicates the potential use of the resonance Raman effect for SO2 monitoring. In the case of the interaction between SO2 and ionic liquids it was observed the great capability of ionic liquids as SO2 absorbers, and the consequent change in the physical-chemical properties of these liquids, what opens the possibility, in addition to its potential use in the environmental context, for tuning the ionic liquids properties via the controlled addition of SO2.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-05-05T18:23:07Z No. of bitstreams: 1 yuricalillouresdeoliveira.pdf: 2613361 bytes, checksum: b14d216c9e91ffe085e35724d58bc704 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-06-07T15:42:11Z (GMT) No. of bitstreams: 1 yuricalillouresdeoliveira.pdf: 2613361 bytes, checksum: b14d216c9e91ffe085e35724d58bc704 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-06-07T15:42:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 yuricalillouresdeoliveira.pdf: 2613361 bytes, checksum: b14d216c9e91ffe085e35724d58bc704 (MD5) Previous issue date: 2016-01-12 / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Esta dissertação apresenta um estudo de estratégias de alimentação de cargas hospitalares críticas utilizando conversores estáticos de energia. As cargas hospitalares escolhidas foram os equipamentos de raio x, tomografia computadorizada e ressonância magnética, sendo comparadas as seguintes formas de integração à rede: (i) estrutura com um retificador trifásico conectado à rede e três inversores monofásicos conectados às cargas ou (ii) estrutura com três retificadores monofásicos conectados à rede e três inversores monofásicos conectados às cargas. Por questões de patente, houve dificuldade em se encontrar os circuitos de front-end das fontes de alimentação das cargas hospitalares. Logo, as mesmas foram construídas dentro do ambiente de simulação do software PSIM utilizando dados de medição obtidos na literatura. O controle dos retificadores trifásico e monofásico foi realizados utilizando duas malhas de controle em cascata, com a malha interna controlando a corrente consumida da rede e a malha externa regulando a tensão no barramento CC. Para os três inversores monofásicos de saída foram implementados os controles PI RES e PI SRF visando uma comparação quanto ao desempenho. Como forma de validar o modelo matemático do sistema e o algoritmo de controle, foram feitas simulações utilizando o software PSIM. A análise feita comprovou que os resultados de simulação se mostraram coerentes com a modelagem matemática do sistema. / This master thesis presents a study about feeding strategies of critical hospital loads through power static converters. The chosen hospital loads were the x ray equipment, the computed tomography and the magnetic resonance. The following forms of grid integration were compared: (i) structure with a three-phase rectifier connected to the network and three single-phase inverters connected to the loads or (ii) structure with three single-phase rectifiers connected to the network and three single-phase inverters connected to the loads. Due to patent issues, it was difficult to find the front-end circuits for power supplies of hospital loads. Therefore, the loads were implemented in PSIM software environment using measurement data obtained from literature. The control of three-phase and single-phase rectifiers was implemented using two cascaded control loops, with the inner loop controlling the current drawn from the network and the outer loop regulating the DC bus voltage. For the single-phase inverter, PI RES and PI SRF controls were implemented, targeting a comparison in terms of performance. In order to validate the mathematical model of the system and the control algorithm, simulations were performed using the PSIM software. The analysis showed that the simulation results were consistent with the mathematical modeling of the system.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-04-18T14:49:13Z No. of bitstreams: 1 igordiasnetodesouza.pdf: 13872772 bytes, checksum: 45517d7a6da7ae06ecacec6a7fb7ebd8 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-04-18T14:50:11Z (GMT) No. of bitstreams: 1 igordiasnetodesouza.pdf: 13872772 bytes, checksum: 45517d7a6da7ae06ecacec6a7fb7ebd8 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-18T14:50:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 igordiasnetodesouza.pdf: 13872772 bytes, checksum: 45517d7a6da7ae06ecacec6a7fb7ebd8 (MD5) Previous issue date: 2017-02-17 / Esta dissertação apresenta um estudo de um conversor emulador de rede (CER) que faz parte de uma estrutura Power-Hardware-in-the-Loop (PHIL). O PHIL será futuramente utilizado para verificar os impactos causados pela integração de sistemas de geração fotovoltaico (PV) à rede elétrica, assim como a operação do sistema PV frente a distúrbios na rede. O CER, composto por um conversor fonte de tensão (VSC) de dois níveis e filtro de saída LC, é responsável por alimentar cargas isoladas emulando uma rede elétrica. A modelagem do conversor emulador de rede é feita no sistema de coordenadas estacionário (αβ0), fornecendo um sistema de equações diferenciais usado para descrever o comportamento dinâmico do sistema. O conversor é controlado no modo de tensão, através da estratégia de modulação vetorial. Duas malhas de controle em cascata são projetadas. A malha interna utiliza compensadores em avanço digitais para amortecer a ressonância do filtro LC sem a necessidade de uma realimentação interna de corrente. Já a externa utiliza controladores ressonantes digitais modificados para rejeitar distúrbios harmônicos e garantir a qualidade da forma de onda da tensão no ponto de acoplamento comum. Os controladores ressonantes são conectados em série e o projeto é baseado no amortecimento dos zeros. Resultados experimentais, obtidos com o protótipo de laboratório, cujos controladores foram implementados em um processador digital de sinais TMS320F28335 da Texas Instruments, são usados para validar as estratégias de controle propostas. / This dissertation presents a study on a grid-former converter (GFC) which is a part of a Power-Hardware-in-the-Loop (PHIL) structure. The PHIL will be used to verify the impacts caused by the integration of photovoltaic (PV) generation systems into grid, as well as to study the PV operation under grid disturbances. The GFC, composed by a two-level voltage source converter with a LC output filter, is responsible to feed isolated loads emulating an electrical grid. The modeling of the grid-former converter is done in the stationary frame (αβ0), providing a set of differential equations that describes the dynamical behavior of the system. The converter is controlled in voltage mode by means of the space vector modulation (SVM) strategy. Two control loops are designed to control the static converter. At the inner loop a novel discrete-time active damping technique is proposed in order to damp the filter resonance without the need of current feedback. The method is based on an inner feedback loop with digital lead compensator on the feedback path while the external loop uses a discretetime integrator and a modified digital resonant controller to guarantee a decreasing frequency response and ensure the quality of the voltage waveform at the point of common coupling, respectively. The resonant controllers are connected in series and the design is based on its zeros damping. Experimental results obtained with the prototype, which controllers were implemented in a Texas Instruments TMS320F28335 are used to validate the proposed control strategies.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-04-24T19:07:44Z No. of bitstreams: 1 pedromachadodealmeida.pdf: 10367147 bytes, checksum: 04b7cf913c75cb9f82395bf7b9769825 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-04-25T15:25:19Z (GMT) No. of bitstreams: 1 pedromachadodealmeida.pdf: 10367147 bytes, checksum: 04b7cf913c75cb9f82395bf7b9769825 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-25T15:25:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 pedromachadodealmeida.pdf: 10367147 bytes, checksum: 04b7cf913c75cb9f82395bf7b9769825 (MD5) Previous issue date: 2013-11-29 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A presente tese contribui para a análise, modelagem e projeto de controladores discretos de um sistema de geração fotovoltaico de 30 kWp conectado à rede elétrica sem filtros passivos. O conversor fonte de tensão (VSC) de interface é interligado a rede elétrica usando somente as indutâncias de dispersão de um banco de transformadores monofásicos como filtros harmônicos. Modelos discretos são desenvolvidos tanto para o lado CC quanto para o lado CA do conversor. A modelagem do lado CA foi feita nos sistemas de coordenadas αβ0 e dq0. Já a modelagem da dinâmica do lado CC foi feita no sistema de coordenadas dq de acordo com balanço de potência entre os terminais do VSC. Baseado nos modelos obtidos, duas estratégias básicas foram investigadas e discutidas para projetar os compensadores discretos usados para controlar as correntes sintetizadas por um sistema de geração fotovoltaico no modo de corrente. Resultados experimentais mostram que o uso apenas de controladores lineares, proporcional–integral (PI) e proporcional–ressonante (PR), sintonizados na componente fundamental não é suficiente para manter a qualidade das correntes geradas dentro dos padrões internacionais, devido a operação não linear do transformador de conexão. Para contornar o problema anterior duas soluções foram investigadas: (i) inclusão de múltiplos controladores ressonantes nas coordenadas αβ; e (ii) inclusão de um controlador repetitivo em paralelo com o controlador PI nas coordenadas dq. Resultados experimentais mostraram que ambas estratégias são adequadas para compensar as componentes harmônicas. Finalmente, foi proposta uma estratégia para controlar o conversor durante faltas assimétricas (Fault–ride through) e eliminar as oscilações no barramento CC durante condições de desbalanço. O controlador proposto é composto por uma parcela PI e duas parcelas ressonantes, as quais controlam as componentes média e oscilante, através da injeção correntes de sequencia positiva e negativa na rede, respectivamente. Resultados de simulação mostram que o controlador proposto é adequado para eliminar as oscilações no barramento CC sem prejudicar as estabilidade do sistema. / The current thesis contributes to the analysis, modelling and design of discrete time controllers which aim is to control a 30 kWp photovoltaic dispersed generation system connected to the electric grid without passive filters. In fact, the interface voltage– sourced converter (VSC) is connected to the grid using only the leakage inductance of a single–phase transformer bank as harmonic filters. Initially, discrete time models are developed to the converter’s DC–side as well as to the AC–side. The AC–side modelling is performed on αβ0 and dq0 coordinate systems. On the other hand, the DC–side dynamics are modeled on the dq frame according to the power balance between the converter’s terminals. Based on the models obtained, strategies to control the converter in the current mode control on the αβ and dq are developed and a methodology to design the controllers are addressed in details. Experimental results shown that only the use of linear controllers, proportional–integral (PI) and proportional–resonant (PR), tuned on the fundamental component are not sufficient to guarantee the quality of the generated currents according to international standards. This is due to the operation of the connection transformer in a nonlinear region. In order to overcome this drawback, two solutions are taken into account: (i) inclusion of several parallel resonant controller in αβ frame; and (ii) inclusion of a repetitive controller in parallel with the PI controller in the dq frame. Experimental results shown that both strategies are suitable to compensate the harmonic components on the output current. Finally, a strategy is proposed to control the system under asymmetrical faults (fault–ride through) and to mitigate the voltage oscillation on the DC–side during unbalance conditions. The proposed controller is composed of a PI part and two resonant parts, which controls the average and the oscillating voltage components, through the injection of positive and negative sequence currents into the grid, respectively. Simulation results shown that the proposed controller is suitable to mitigate the DC–side voltage oscillations without jeopardizing the system stability.

Submitted by isabela.moljf@hotmail.com (isabela.moljf@hotmail.com) on 2017-07-03T11:17:42Z No. of bitstreams: 1 mateusfreitasbraga.pdf: 1732565 bytes, checksum: f8ebb1cc4fe4d9ecbd9cc50ba3eb3f2a (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-08-07T21:17:21Z (GMT) No. of bitstreams: 1 mateusfreitasbraga.pdf: 1732565 bytes, checksum: f8ebb1cc4fe4d9ecbd9cc50ba3eb3f2a (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-07T21:17:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 mateusfreitasbraga.pdf: 1732565 bytes, checksum: f8ebb1cc4fe4d9ecbd9cc50ba3eb3f2a (MD5) Previous issue date: 2017-03-20 / Cresce a cada dia o n úmero de cargas não lineares conectadas aos diversos sistemas el étricos, seja em ní vel de transmissão ou distribui ção. Como consequência desse crescimento, e possí vel encontrar casos de consumidores enfrentando problemas relacionados a desarmes de disjuntores e sobreaquecimento de condutores, entre outros efeitos indesejados. Tomando um desses casos como base para este estudo, esta disserta ção tem o objetivo de avaliar e propor uma solu ção para uma rede monof asica real, que possivelmente e comum a outros consumidores. A carga monof ásica composta por lumin árias a LED (t picas cargas não lineares) e cargas indutivas se apresenta aos terminais da fonte com um comportamento de elevado conte udo harmônico (THD) de corrente e baixo fator de potência. Essa condi ção adversa pode ser mitigada de diversas maneiras, como por exemplo pela a ção de um fi ltro passivo,fi ltro ativo ou ainda fi ltro h brido (o qual e composto por uma combina ção dos dois primeiros). Ser a proposto nesta disserta ção uma metodologia de projeto relacionada a aplica ção de um fi ltro hi brido monof ásico visando corrigir o fator de potência e reduzir o conte udo harmônico de corrente presente na fonte, tomando como base as caracterí sticas do sistema avaliado em uma ind ústria gr áfi ca t ípica. Serão investigadas algumas con gura ções de filtros com o objetivo de mitigar problemas de Qualidade de Energia El étrica. Como consequência, ser a desenvolvida a an álise matem atica da topologia adotada e o projeto do controlador, baseado em um controlador proporcional-ressonante e na Teoria p-q Monof asica. A veri ca ção da solu ção proposta e sustentada pelos resultados de simula ção obtidos via software PSIM. / The amount of non-linear loads connected to the various electrical systems grows on a daily basis, regardless those loads are tied to a transmission or distribution bar. As a consequence of this growth, it is possible to nd cases of consumers facing problems such as tripping of breakers and cables overheating, among other undesired e ects. Taking one of these cases as the focus of this study, this dissertation aims to evaluate and propose a solution to a real single-phase system, which could be considered similar to other consumers. The single-phase load composed of LED luminaires (typical non-linear load) and inductive loads presents high THD and low power factor behavior at source terminals. This condition can be mitigated by using some well-known techniques, such as passive lters, active lters or hybrid lters, (which are composed by the combination of the former two). This Master document Thesis proposes a design methodology of a single-phase hybrid lter aiming power factor correction and reduction of the harmonic content of the current delivered by the AC power supply when feeding a typical printing factory. It will be reviewed and discussed some possible lter con gurations aimed to solve the case under evaluation. It is also included the mathematical analysis of the proposed topology, along with the design of the control system of the inverter. The Single-Phase p-q Theory is reviewed in order to design the control. The closed-loop control is desinged by a proportional-resonant compensator. Simulation results, by employing the PSIM software, are provided aiming to validate the solution proposed.

Orientador: Prof. Dr. José Luis Azcue Puma / Coorientador: Prof. Dr. José Alberto Torrico Altuna / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Santo André, 2018. / Este trabalho apresenta o controle de potência do gerador de relutância variável de 12/8 utilizando o controlador Fuzzy PI auto-ajustável e o controlador P+ressonante para o conversor conectado à rede elétrica. Inicialmente são estudados os princípios de operação da máquina e a topologia do conversor eletrônico de potência. Usando o software de simulação Matlab/Simulink é implementado o modelo da máquina de relutância variável utilizando as curvas características de corrente e de torque. Com o objetivo de controlar a potência gerada pela máquina e utilizando seu modelo matemático dinâmico projeta-se o controlador PI, e implementa-se o controlador Fuzzy PI auto-ajustável para atingir o mesmo objetivo. Assim, projeta-se também um controlador PI para o controle da tensão CC além de um controlador P+ressonante com o objetivo de melhorar a resposta em regime permanente da potência injetada na rede elétrica. Para este propósito é utilizado um conversor monofásico de dois níveis. Os resultados das simulações mostram o bom desempenho do sistema proposto e o controlador de potência é validado também através de resultados experimentais. / This work presents the power control of the 12/8 variable reluctance generator using Fuzzy self-tuning PI controller and the P+resonant controller for the converter connected to the electric network. Initially are studied the principles of operation of the machine and power electronic converter topology. Using the Matlab/Simulink simulation software is implemented the model of switched reluctance machine using the current and its torque characteristic curves. With the purpose of controlling the power generated by the machine and using his dynamic mathematical model is designed the PI controller, and the Fuzzy self-tuning PI controller is implemented to achieve the same objective. So, also is designed a PI controller for control of the link DC, in addition to the P+resonant controller with the objective of improving the response to its steady state of the injected power into the electric network. For this purpose it is used a single-phase two-level converter. The results of the simulations show the good performance of the proposed system and the power controller is validated by experimental results.

Quantum spin liquids (QSLs) are strongly correlated systems displaying fascinating phenomena like long-range entanglement and fractionalized excitations. The research on these states has since its beginning followed trends generated by the synthesis of new compounds and the construction of new theoretical tools. In coherence with this history, a manifold of new results about QSLs were established during the past decade due to studies on the integrable Kitaev model on the honeycomb lattice. This j = 1/2 model displays bond-dependent and anisotropic exchanges that are essential to stabilize its QSL ground state with Majorana fermion excitations and emergent Z2 gauge field. Even more interestingly, this model is relevant to understand the magnetism of a certain class of 4/5d5 Mott insulators with specific lattice constraints, t2g orbital degeneracy and strong spin-orbit coupling (SOC). This mechanism defining these so-called Kitaev materials can be applied to similar compounds based on transition metal ions in different electronic configurations. In this thesis, I investigate minimal models for two types of 4/5d1 Mott insulators: the ones on the ordered double perovskite structure (ODP) and the ones isostructural to the Kitaev materials. Their effective models generically show bond-dependent and anisotropic interactions involving multipoles of an effective j = 3/2 angular momentum. Such degrees of freedom are conveniently written in terms of pseudospin s and pseudo-orbital τ operators resembling spin and orbital operators of Kugel-Khomskii models with twofold orbital degeneracy. Despite their anisotropy, the two realistic models display continuous global symmetries in the limit of vanishing Hund\'s coupling enhancing quantum fluctuations and possibly stabilizing a QSL phase. Parton mean-field theory was used to propose fermionic QSLs that will be called quantum spin-orbital liquids (QSOLs) due their dependence with s and τ. On ODPs, I studied a chiral QSOL with Majorana fermion excitations and a gapless spectrum characterized by nodal lines along the edges of the Brillouin zone. These nodal lines are topological defects of a non-Abelian Berry connection and the system exhibits dispersing surface states. Several experimental responses of the chiral QSOL within the mean-field approximation are compared with the experimental data available for the spin liquid candidate Ba2YMoO6. Moreover, based on a symmetry analysis, I discuss the operators involved in resonant inelastic X-ray scattering (RIXS) amplitudes for 4/5d1 Mott insulators and show that the RIXS cross sections allow one to selectively probe pseudospin and pseudo-orbital degrees of freedom. For the chiral spin-orbital liquid in particular, these cross sections provide information about the spectrum for different flavors of Majorana fermions. The model for materials isostructural to the Kitaev materials has an emergent SU(4) symmetry that is made explicit by means of a Klein transformation on pseudospin degrees of freedom. The model is known to stabilize a QSOL on the honeycomb lattice and instigated the investigation of QSOLs on a generalization of this lattice to three dimensions. Parton mean-field theory was used once again to propose the liquid states, and a variational Monte Carlo (VMC) method was used to compute the energies of the projected wave functions. The numerical results show that the lowest-energy QSOL corresponds to a zero-flux state with a Fermi surface of four-color fermionic partons. Further VMC computations also revealed that this state is stable against formation of plaquette ordering (tetramerization). The energy of this QSOL is highly competitive even when Hund\'s coupling induced perturbations are included, as shown by comparison with simple ordered states. Extensions and perspectives for future work are discussed in the end of this thesis. / Líquidos de spin quânticos (QSLs) são sistemas fortemente correlacionados que apresentam fenômenos fascinantes como emaranhamento de longo alcance e excitações fracionárias. A pesquisa a respeito destes estados seguiu tendências geradas pela síntese de novos compostos e construção de novas técnicas teóricas desde seu princípio. Coerentemente com essa história, uma variedade de novos resultados a respeito de líquidos de spin foram estabelecidos na última década graças a estudos feitos sobre o modelo integrável de Kitaev na rede colmeia. Este modelo de spins j = 1/2 apresenta interações de troca anisotrópicas e direcionalmente dependentes que são essenciais para estabilizar um estado fundamental do tipo QSL com férmions de Majorana e campo de gauge Z2 emergente. Ainda mais interessante, este modelo é relevante para se entender o magnetismo de uma certa classe de isolantes de Mott baseados em metais de transição na configuração 4/5d5 em redes específicas, degenerescência orbital t2g e acoplamento spin-órbita forte (SOC). Esse mecanismo que define os chamados materiais do tipo Kitaev podem ser aplicados a compostos baseados em metais de transição em configurações eletrônicas diferentes. Nesta tese, eu investigo modelos mínimos para dois tipos de isolantes de Mott do tipo 4/5d1: os que se apresentam na estrutura perovskita dupla ordenada (ODP) e os isostruturais aos materiais do tipo Kitaev. Seus modelos efetivos genericamente apresentam interações multipolares anisotrópicas e direcionalmente dependentes de um momento angular efetivo j = 3/2. Estes graus de liberdade são convenientemente escritos em termos de operadores de pseudospin s e pseudo-orbital τ semelhantes a operadores de spin e orbital de modelos do tipo Kugel-Khomskii com orbitais duplamente degenerados. A despeito da anisotropia, esses dois modelos realísticos apresentam simetrias globais contínuas no limite de acoplamento de Hund nulo que incrementam flutuações quânticas e possivelmente estabilizam uma fase do tipo QSL. A teoria de campo médio com partons foi usada para propor QSLs fermiônicos que serão chamados de líquidos spin-orbitais quânticos (QSOLs) devido à dependência deles com s e τ. Em ODPs, eu estudei um líquido de spin quiral com excitações do tipo férmion de Majorana e um espectro sem gap caracterizado por linhas nodais ao longo das arestas da zona de Brillouin. Essas linhas nodais são defeitos topológicos de uma conexão de Berry não-abeliana e o sistema apresenta estados de superfície dispersivos. Várias respostas experimentais foram calculadas para o QSOL quiral dentro da aproximação de campo médio e comparadas com os dados experimentais disponíveis para o candidato a líquido de spin Ba2YMoO6. Além disso, baseado em uma análise de simetria, discuto os operadores envolvidos nas amplitudes de espalhamento de raios-x ressonante para isolantes de Mott na configuração 4/5d1 e mostro que seções de choque de RIXS permitem estudar seletivamente os graus de liberdade de pseudospins e pseudo-orbitais. Para o caso particular do líquido spin-orbital quiral, essas seções de choque nos fornecem informações sobre o espectro de diferentes sabores de férmions de Majorana. Esse modelo possui uma simetria SU(4) emergente que é tornada explícita através de uma transformações de Klein nos graus de liberdade de pseudospin. Sabe-se que este modelo estabiliza um QSOL na rede colmeia, o que instigou uma investigação de QSOLs na generalização desta rede em três dimensões. A teoria de campo médio com partons foi usada novamente para propor estes líquidos quânticos, e o método de Monte Carlo Variacional (VMC) foi usado para calcular as energias das funções de onda projetadas. Os resultados numéricos mostraram que o QSOL de menor energia corresponde a um estado de fluxo-zero com superfície de Fermi envolvendo partons fermiônicos de quatro cores. Cálculos adicionais com VMC também demonstraram que este estado é estável à formação de ordem de plaquetas (tetramerização). A energia deste QSOL é altamente competitiva mesmo quando perturbações induzidas pelo acoplamento de Hund são incluídas, o que é mostrado através da comparação com estados ordenados simples. Extensões e perspectivas para trabalhos futuros são discutidas no final desta tese.

This master thesis presents the development of a 100 W LED driver, suitable for outdoor and street lighting. In order to match the driver and LED features, special functionalities are added to the electronic system. To obtain a long lifetime, electrolytic capacitor are exchanged by film capacitor, with longer useful lifetime. However, this practice outcome in higher bus voltage ripple, which have to be compensated in the LED current control stage, named as power control stage. To achieve special functionalities, the proposed driver is designed to operate with universal input voltage and dimming capability, being the entire driver control implement in a digital way, increasing significantly the LED driver flexibility. After the literature review, which aimed to evaluate the characteristics of the LED driver topology structure, the two independent stage topology is selected. The buckboost converter operating in discontinuous conduction mode is employed on the power factor correction stage. The power control stage is composed by the DC/DC LLC resonant converter. Once the LED driver topology is defined, each converter is designed, following by the small signal modeling and the control system design. Experimental results of the driver operating with a reduced bus voltage capacitance (25 μF), are presented for a universal input voltage (85 – 265 VRMS) and different dimming levels (100% − 30%). A high power factor (> 0,94) and a medium to high efficiency (> 82%) is noticed in whole operation points, as well as, a reduced flicker (< 10%), being in accordance with the recent released IEEE Std 1789-2015 and IEC61000-3-2 Class C. / Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um driver para o acionamento de um módulo de LEDs de 100 W, destinado a iluminação de exteriores ou iluminação pública. De forma a compatibilizar as características do LED com o driver, diferentes funcionalidades e condições de operação são adicionadas ao sistema eletrônico desenvolvido. Para alcançar longa vida útil, o driver desenvolvido substituiu os capacitores eletrolíticos por capacitores de filme. No entanto, essa prática resulta em maiores ondulações da tensão de barramento, as quais são compensadas pelo estágio de controle da corrente dos LEDs. De modo a aumentar as funcionalidades do driver, o mesmo opera com tensão de entrada universal e controle da intensidade luminosa, sendo o sistema de controle do driver implementado de forma digital, aumentando consideravelmente sua flexibilidade. Após revisão da literatura, a qual objetivou avaliar as características das estruturas e topologias empregadas em drivers para LEDs, seleciona-se a estrutura de dois estágios independentes. O conversor buck-boost operando no modo de condução descontínuo de corrente é empregado no estágio de correção do fator de potência. Para o estágio de controle da corrente dos LEDs, utiliza-se o conversor CC/CC meia ponte ressonante LLC. Definida a estrutura topológica, bem como os conversores utilizados, o projeto dos elementos é desenvolvido, seguido da modelagem dinâmica e do projeto do sistema de controle de cada estágio. Resultados experimentais do driver com reduzida capacitância de barramento (25 μF) mostram a sua operação com tensão de entrada universal (85 – 265 VRMS) e controle de intensidade luminosa (100% − 30%). Verificou-se um alto fator de potência (> 0,94) em toda a faixa de operação, rendimento média-alto (> 82%), bem como reduzida modulação de intensidade luminosa (< 10%), estando em conformidade com a IEEE Std 1789-2015 e a IEC61000-3-2 Classe C.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:15:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5844.pdf: 11430873 bytes, checksum: b80a5790a9ebf6ae63ff48e52968ae60 (MD5) Previous issue date: 2014-02-21 / Universidade Federal de Sao Carlos / O crescimento e caracterização de sistemas de heteroestruturas semicondutoras quasi-unidimensionais têm atraído grande interesse devido à sua potencial de aplicação tecnológica, como foto-detectores, dispositivos opto-eletrônicos assim como seu para o processamento de informação quântica e aplicações em fotônica. O objetivo desta tese é o estudo das propriedades de transporte eletrônico e de spin em sistemas semicondutores quasi-unidimensionais, especificamente trataremos de nanofios (NWs) homogêneos, NWs acoplados, NWs do tipo plano-geminado (TP), diodos de tunelamento ressonante (ETD) e cadeias de pontos quânticos (QDCS). Escolhemos o método k-p, particularmente o Hamiltoniano de Luttinger, para descrever os efeitos de confinamento e tensão biaxial. Este sugeriu uma modulação do caráter do estado fundamental que, complementada com a dinâmica fônons fornecidas pelas simulações da Dinâmica Molecular (MD), permitiu a descrição da modulação da mobilidade de buracos por emissão ou absorção de fônons. Em relação ao sistema de NWs acoplado,estudamos, através do método da matriz de transferência (TMM), as propriedades de transporte de elétrons e spin sob a interação de spin-órbita (SOI) de Eashba, localizada na região de acoplamento entre fios. Foram consideradas várias configurações de tensões de gate (Vg) aplicadas nos fios. Desse modo, compreendemos a modulação do transporte de spin quando esse é projetado no direção-z através da combinação do SOI e das dimensionalidades do sistema. Da mesma forma, a combinação de SOI e da Vg aplicada deu origem a modulação da polarização, quando o spin medido é projetado na mesma direção em que o SOI de Eashba atua, a direção y. Usando o TMM, exploramos as propriedades de transporte de um DBS e o efeito de uma resistência em série com o intuito de provar a natureza da biestabilidade das curvas características I V bem como o aumento de sua área com temperatura, resultados fornecidos por experimentos. O modelo indicou que aumentando da resistência pela diminuição sa temperatura aumenta a área biestável. A presença de uma hetero-junção adicional ao sistema induz uma densidade de carga nas suas interfaces. De acordo com esta configuração, a queda de tensão total do ETDS muda, podendo ser confirmada experimentalmente. A formação dos peculiares campos de deformação e sua influência sobre a estrutura eletrônicas e propriedades de transporte em superredes de TP foi estudada sistematicamente. Assim, as propriedades de transporte, de ambos os elétrons e buracos, pode ser sintonizada eficientemente, mesmo no caso de elétrons r em sistemas de blenda de zinco, contrastando com a prevista transparência de elétrons r em superredes de semicondutores III-V heteroestruturados. Além disso, constatamos que a probabilidade de transmissão para buracos da banda de valência também poderia ser efetivamente modificada através de uma tensão externa.Por fim, colaboradores sintetizaram com sucesso sistemas de QDCs de InGaAs através da epitaxia de feixe molecular e engenharia de tensão. Um comportamento anisotrópico da condutância com a temperatura foi observado em QDCs com diferentes concentrações de dopagem, medida realizada ao longo e entre os QDCs. O modelo teórico 1D de hoppíng desenvolvido mostrou que a presença de estados OD modela a resposta anisotrópica da condutância neste sistemas. / The growth and characterization of semiconductor quasi-one-dimensional heterostructure systems have attracted increasing interest due to their potential technological application, like photo-detectors, optoelectronic devices and their promising features for quantum information processing and photonic applications. The goal of this thesis is the study of electronic and spin transport properties on quasi-one-dimensional semiconductor systems; specifically, homogenous nanowires (NWs), coupled NW s, twin-plane (TP) NWs, resonant tunneling diodes (RTDs), and quantum dot chains (QDCs). The k-p method, in particular the Luttinger Hamiltonian, was chosen to describe the effects of biaxial confinement and strain. This suggested a modulation of the ground state character that, complemented with the phonon dynamics provided by Molecular Dynamics (MD) simulations, allowed the description of the hole mobility modulation by either phonon emission or absorption. Regarding the coupled NW s system, the electron and spin transport properties affected by a Rashba spin-orbit interaction (SOI) at the joined region were unveiled through the Transfer Matrix Method (TMM). Various configurations of gate voltages (Vg), applied on the wire structure, were considered. We were able to understand the modulation of the spin transport projected in the z-direction trough the combination of the SOI and the system dimensionalities. Likewise, the combination of SOI and applied Vg gave rise to a modulation of the polarization, when the measured spin is projected in the same direction where the Rashba SOI acts, the y-direction. The transport properties of a DBS and the effect of a resistance in series was explored within the TMM to prove the nature of a bistability of the I V characteristics and its enhanced area with temperature provided by the experiment. The model indicates that increasing the resistente by decreasing the temperature, the bistable area enhances. The presence of an additional heterojunction induces a sheet charge at its interfaces. Under this configuration, the total voltage drop of the RTD changes and can be confirmed experimentally.The formation of the peculiar strain fields and their influence on the electronic structure and transport properties of a TP superlattice was systematically studied. Hence, the transport properties of both electrons and holes could be effectively tuned even in the case of T-electrons of zincblende systems, contrasting to the predicted transparency of T-electrons in heterolayered III-V semiconductor superlattices. Also, the transmission probability for holes at valence band could also be effectively modified by applying an external stress. Finally, using molecular-beam-epitaxy and skillful strain engineering, systems of In-GaAs QDCs were successfully synthesized by collaborators. The QDCs with different doping concentrations showed an anisotropic behavior of the conductance, measured along and across the QDCs, with temperature. The theoretical ID hopping model developed found that the presence of OD states shapes the anisotropic response of the conductance in this system.

Quantum spin liquids (QSLs) are strongly correlated systems displaying fascinating phenomena like long-range entanglement and fractionalized excitations. The research on these states has since its beginning followed trends generated by the synthesis of new compounds and the construction of new theoretical tools. In coherence with this history, a manifold of new results about QSLs were established during the past decade due to studies on the integrable Kitaev model on the honeycomb lattice. This j = 1/2 model displays bond-dependent and anisotropic exchanges that are essential to stabilize its QSL ground state with Majorana fermion excitations and emergent Z2 gauge field. Even more interestingly, this model is relevant to understand the magnetism of a certain class of 4/5d5 Mott insulators with specific lattice constraints, t2g orbital degeneracy and strong spin-orbit coupling (SOC). This mechanism defining these so-called Kitaev materials can be applied to similar compounds based on transition metal ions in different electronic configurations. In this thesis, I investigate minimal models for two types of 4/5d1 Mott insulators: the ones on the ordered double perovskite structure (ODP) and the ones isostructural to the Kitaev materials. Their effective models generically show bond-dependent and anisotropic interactions involving multipoles of an effective j = 3/2 angular momentum. Such degrees of freedom are conveniently written in terms of pseudospin s and pseudo-orbital &tau; operators resembling spin and orbital operators of Kugel-Khomskii models with twofold orbital degeneracy. Despite their anisotropy, the two realistic models display continuous global symmetries in the limit of vanishing Hund\'s coupling enhancing quantum fluctuations and possibly stabilizing a QSL phase. Parton mean-field theory was used to propose fermionic QSLs that will be called quantum spin-orbital liquids (QSOLs) due their dependence with s and &tau;. On ODPs, I studied a chiral QSOL with Majorana fermion excitations and a gapless spectrum characterized by nodal lines along the edges of the Brillouin zone. These nodal lines are topological defects of a non-Abelian Berry connection and the system exhibits dispersing surface states. Several experimental responses of the chiral QSOL within the mean-field approximation are compared with the experimental data available for the spin liquid candidate Ba2YMoO6. Moreover, based on a symmetry analysis, I discuss the operators involved in resonant inelastic X-ray scattering (RIXS) amplitudes for 4/5d1 Mott insulators and show that the RIXS cross sections allow one to selectively probe pseudospin and pseudo-orbital degrees of freedom. For the chiral spin-orbital liquid in particular, these cross sections provide information about the spectrum for different flavors of Majorana fermions. The model for materials isostructural to the Kitaev materials has an emergent SU(4) symmetry that is made explicit by means of a Klein transformation on pseudospin degrees of freedom. The model is known to stabilize a QSOL on the honeycomb lattice and instigated the investigation of QSOLs on a generalization of this lattice to three dimensions. Parton mean-field theory was used once again to propose the liquid states, and a variational Monte Carlo (VMC) method was used to compute the energies of the projected wave functions. The numerical results show that the lowest-energy QSOL corresponds to a zero-flux state with a Fermi surface of four-color fermionic partons. Further VMC computations also revealed that this state is stable against formation of plaquette ordering (tetramerization). The energy of this QSOL is highly competitive even when Hund\'s coupling induced perturbations are included, as shown by comparison with simple ordered states. Extensions and perspectives for future work are discussed in the end of this thesis. / Líquidos de spin quânticos (QSLs) são sistemas fortemente correlacionados que apresentam fenômenos fascinantes como emaranhamento de longo alcance e excitações fracionárias. A pesquisa a respeito destes estados seguiu tendências geradas pela síntese de novos compostos e construção de novas técnicas teóricas desde seu princípio. Coerentemente com essa história, uma variedade de novos resultados a respeito de líquidos de spin foram estabelecidos na última década graças a estudos feitos sobre o modelo integrável de Kitaev na rede colmeia. Este modelo de spins j = 1/2 apresenta interações de troca anisotrópicas e direcionalmente dependentes que são essenciais para estabilizar um estado fundamental do tipo QSL com férmions de Majorana e campo de gauge Z2 emergente. Ainda mais interessante, este modelo é relevante para se entender o magnetismo de uma certa classe de isolantes de Mott baseados em metais de transição na configuração 4/5d5 em redes específicas, degenerescência orbital t2g e acoplamento spin-órbita forte (SOC). Esse mecanismo que define os chamados materiais do tipo Kitaev podem ser aplicados a compostos baseados em metais de transição em configurações eletrônicas diferentes. Nesta tese, eu investigo modelos mínimos para dois tipos de isolantes de Mott do tipo 4/5d1: os que se apresentam na estrutura perovskita dupla ordenada (ODP) e os isostruturais aos materiais do tipo Kitaev. Seus modelos efetivos genericamente apresentam interações multipolares anisotrópicas e direcionalmente dependentes de um momento angular efetivo j = 3/2. Estes graus de liberdade são convenientemente escritos em termos de operadores de pseudospin s e pseudo-orbital &tau; semelhantes a operadores de spin e orbital de modelos do tipo Kugel-Khomskii com orbitais duplamente degenerados. A despeito da anisotropia, esses dois modelos realísticos apresentam simetrias globais contínuas no limite de acoplamento de Hund nulo que incrementam flutuações quânticas e possivelmente estabilizam uma fase do tipo QSL. A teoria de campo médio com partons foi usada para propor QSLs fermiônicos que serão chamados de líquidos spin-orbitais quânticos (QSOLs) devido à dependência deles com s e &tau;. Em ODPs, eu estudei um líquido de spin quiral com excitações do tipo férmion de Majorana e um espectro sem gap caracterizado por linhas nodais ao longo das arestas da zona de Brillouin. Essas linhas nodais são defeitos topológicos de uma conexão de Berry não-abeliana e o sistema apresenta estados de superfície dispersivos. Várias respostas experimentais foram calculadas para o QSOL quiral dentro da aproximação de campo médio e comparadas com os dados experimentais disponíveis para o candidato a líquido de spin Ba2YMoO6. Além disso, baseado em uma análise de simetria, discuto os operadores envolvidos nas amplitudes de espalhamento de raios-x ressonante para isolantes de Mott na configuração 4/5d1 e mostro que seções de choque de RIXS permitem estudar seletivamente os graus de liberdade de pseudospins e pseudo-orbitais. Para o caso particular do líquido spin-orbital quiral, essas seções de choque nos fornecem informações sobre o espectro de diferentes sabores de férmions de Majorana. Esse modelo possui uma simetria SU(4) emergente que é tornada explícita através de uma transformações de Klein nos graus de liberdade de pseudospin. Sabe-se que este modelo estabiliza um QSOL na rede colmeia, o que instigou uma investigação de QSOLs na generalização desta rede em três dimensões. A teoria de campo médio com partons foi usada novamente para propor estes líquidos quânticos, e o método de Monte Carlo Variacional (VMC) foi usado para calcular as energias das funções de onda projetadas. Os resultados numéricos mostraram que o QSOL de menor energia corresponde a um estado de fluxo-zero com superfície de Fermi envolvendo partons fermiônicos de quatro cores. Cálculos adicionais com VMC também demonstraram que este estado é estável à formação de ordem de plaquetas (tetramerização). A energia deste QSOL é altamente competitiva mesmo quando perturbações induzidas pelo acoplamento de Hund são incluídas, o que é mostrado através da comparação com estados ordenados simples. Extensões e perspectivas para trabalhos futuros são discutidas no final desta tese.