Made available in DSpace on 2016-06-02T20:15:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2132.pdf: 2908324 bytes, checksum: 5ffa9cb169722a59dcbe3b18f8f495cc (MD5) Previous issue date: 2008-12-01 / Universidade Federal de Minas Gerais / Although a vortex state, in type II superconductors, has been anticipated more than 50 years ago, a great deal of theoretical and experimental efforts has still been done in an attempt to investigate how the dynamics of these structures depends on external excitations and on the inherent properties of the underlying superconducting material, such as inhomogeneities (Static Disorder). In this work, we studied, in granular ���� samples and polycrystalline ����1−����2, the effects of different types and quantities of static disorder on the dynamic behaviour of the vortices. The analysis of such effects, using an extremely sensitive experimental technique, the Third Harmonic of the AC Susceptibility, was the main motivation for this research. Conducting a systematic investigation of the third harmonic, we have established reliable and reproducible experimental procedures to determine changes between different regimes of Vortex Matter (VM). In particular, we distinguished a regime of linear response and, other, of non-linear response, which were identified as representative of disordered and ordered phases of VM, respectively. As a consequence, a new frontier, delimitating these phases, was incorporated to the magnetic diagrams of the studied systems, denominated as Order Disorder Threshold (OD). We also analyzed the evolution of that OD threshold with the addition of inhomogeneities, as well as the format of the contour. With regard to form, two distinct behaviours were revealed and, consequently, interpreted as resulting from a competition between different types of disorder static and dynamic present in the materials. The most intriguing result reported, concerns to the anticipation, in the high temperature/low field region, of the OD limit, which we associated to a Thermally Induced Depinning Transition. In addition, we compared the OD lines with the Irreversibility Line (LI), obtained through magnetization measurements for some of the analyzed samples, pointing out the differences and similarities between them. Measurements of electrical transport and magnetic relaxation were also performed. The results derived from them contributed significantly to the study accomplished, leading to a broader view of the dynamic behaviour of vortices in the vicinity of this newly determined OD threshold. / Apesar da previsão de um estado de vórtices, em supercondutores do tipo II, ter sido noticiada há mais de 50 anos, um grande esforço teórico e experimental ainda tem sido feito na tentativa de investigar como a dinâmica destas estruturas depende das excitações externas a que estão submetidas e das propriedades inerentes ao material supercondutor, tal como as inomogeneidades (Desordem Estática). Neste trabalho, estudamos, em amostras granulares de ���� e policristalinas de ����1−����2, os efeitos de diferentes tipos e quantidades de desordem estática no comportamento dinâmico dos vórtices. A análise de tais efeitos, empregando uma técnica experimental extremamente sensível, a do Terceiro Harmônico da Suscetibilidade AC, foi a principal motivação desta pesquisa. Realizando uma investigação sistemática do terceiro harmônico, estabelecemos procedimentos experimentais confiáveis e reprodutíveis para a determinação de mudanças entre diferentes regimes da Matéria de Vórtices (MV). Em particular, distinguimos um regime de resposta magnética linear e, outro, de resposta não linear, os quais foram identificados como representativos de fases desordenada e ordenada da MV, respectivamente. Como conseqüência, uma nova fronteira, delimitando tais fases, foi incorporada aos diagramas magnéticos dos sistemas estudados, denominada de Limiar Ordem Desordem (OD). Analisamos também a evolução desse limiar OD com o acréscimo de inomogeneidades, bem como o formato do contorno. Quanto à forma, dois comportamentos distintos foram revelados e, por conseguinte, interpretados como decorrentes de uma competição entre diferentes tipos de desordem estática e dinâmica presentes nos materiais. O resultado mais intrigante reportado, diz respeito à antecipação, na região de altas temperaturas/baixos campos, do limite OD, que associamos a uma Transição de Depinning Induzida Termicamente. Complementarmente, comparamos as linhas OD com a Linha de Irreversibilidade (LI), obtida através de medidas de magnetização para algumas das amostras analisadas, apontando as diferenças e similaridades entre ambas. Medidas de transporte elétrico e de relaxação magnética também foram realizadas. Os resultados delas derivados contribuíram significativamente para o estudo ora realizado, oferecendo-nos uma visão mais ampla do comportamento dinâmico dos vórtices nas vizinhanças deste novo limiar OD.

Lipídios em solução aquosa formam uma variedade de estruturas diferentes que incluem monocamadas de surfactantes na interface água-ar, conhecidas como monocamadas de Langmuir, como também vesículas unilamelares ou plurilamelares no interior da solução. Sob variação de temperatura, estas estruturas apresentam diferentes fases, observadas através de calorimetria ou variação isotérmica de pressão lateral. Entre as fases apresentadas por estas estruturas, as duas mais importantes se diferenciam pela ordem das cadeias lipídicas. Entendemos que do ponto de vista das fases termodinâmicas, simplificado e qualitativo, monocamadas de Langmuir e bicamadas lipídicas constituem o mesmo sistema físico sob vínculos diferentes. Neste trabalho, desenvolvemos um modelo estatístico para o estudo da transição ordem-desordem destes sistemas, que inclui flutuações de densidade, estas ausentes no modelo de Doniach, de 1980, a base para muitos estudos teóricos para transições de fase de sistemas lipídicos. Flutuações de densidade são fundamentais na descrição de vesículas lipídicas carregadas, compostas de surfactante cuja cabeça polar se dissocia em água. O estudo em laboratório das propriedades térmicas e estruturais de membranas artificiais de lipídios carregados _e relativamente recente, e foi desenvolvido em grande parte no Laboratório de Biofísica do IFUSP. Tais membranas apresentam comportamento distinto das membranas neutras, notoriamente influenciado pela concentração de sal na solução. Isto motivou o desenvolvimento de uma segunda versão do modelo, na qual passamos a descrever a cabeça polar do lipídio em termos de um par de cargas opostas, sendo que a camada lipídica foi acoplada ao modelo primitivo restrito na rede, que desempenha o papel da solução salina. O primeiro modelo foi estudado por aproximação de campo médio e por simulações de Monte Carlo, e o segundo modelo foi investigado apenas através de simulações numéricas. O estudo do modelo carregado foi precedido por uma investigação criteriosa das técnicas de simulação de sistemas com interação Coulombiana, resultando no desenvolvimento de uma metodologia adequada a condições de contorno não isotrópicas e com custo computacional reduzido. Os modelos estatísticos propostos por nós levaram a dois resultados importantes. O modelo para camadas lipídicas neutras é, até hoje, o único modelo estatístico que descreve tanto a transição gel-fluido de bicamadas lipídicas, como a transição líquido condensado - líquido expandido\" de monocamadas de Langmuir, além de descrever também a transição líquido expandido gás na interface água-ar. O modelo para camadas lipídicas que se dissociam em água reproduz a variação abrupta na dissociação, concomitante com a transição ordem-desordem, propriedade que permite interpretar estudos experimentais relativos à condutividade das soluções lipídicas correspondentes. / Lipids in aqueous solution form a variety of different structures which include monolayers of surfactants at the water-air interface, known as Langmuir monolayers, as well as unilamellar or plurilamellar vesicles within the solution. Under temperature variation, these structures display different phases, observed through calorimetry or isothermal variation of lateral pressure. Among the phases presented by these structures, the two most important differ in the order of the lipid chains. From the point of view of the thermodynamic phases, our understanding is that Langmuir monolayers and lipid bilayers constitute the same physical system under different constraints. In this work, we develop a statistical model for the order - disorder transition of lipid bilayers which adds density fluctuations to Doniach\'s 1980 model, which has been considered the basis for many theoretical studies for lipid systems phase transitions. Density fluctuations are essential in the description of the properties of charged vesicles in solution, which consist of surfactants whose polar head dissociates in water. The study in the laboratory of thermal and structural properties of artificial charged lipid membranes is relatively new, and was developed largely in the IFUSP Laboratory of Biophysics. Such membranes exhibit distinct behavior if compared to neutral membranes, notoriously influenced by the solution salt concentration. The experimental investigations motivated us to develop a second model, in which we describe the polar headgroups through a pair of opposite charges. The lipid layer is attached to the lattice restricted primitive model, which plays the role of the saline solution. The first model was studied both through a mean-field approximation as well as through Monte Carlo simulations, whereas the second model was investigated only through numerical simulations. The study of the charged model was preceded by a thorough investigation of the simulation techniques for Coulomb interaction systems, leading to the development of a methodology suitable for non isotropic boundary conditions and with reduced computational cost. The statistical models proposed by us led to two important results. To our knowledge, our model for neutral lipid layers is the only statistical model which, aside from describing simultaneously both the gel-fluid transition of lipid bilayers and the condensed liquid - expanded liquid transition of Langmuir monolayers, also describes the gas- expanded liquid transition at the air-water interface. The model for lipid layers that dissociate in water reproduces the abrupt change in dissociation, concomitant with the order-disorder transition, a property that allows us to interpret experimental studies related to conductivity of the corresponding lipid solutions.

Lipídios em solução aquosa formam uma variedade de estruturas diferentes que incluem monocamadas de surfactantes na interface água-ar, conhecidas como monocamadas de Langmuir, como também vesículas unilamelares ou plurilamelares no interior da solução. Sob variação de temperatura, estas estruturas apresentam diferentes fases, observadas através de calorimetria ou variação isotérmica de pressão lateral. Entre as fases apresentadas por estas estruturas, as duas mais importantes se diferenciam pela ordem das cadeias lipídicas. Entendemos que do ponto de vista das fases termodinâmicas, simplificado e qualitativo, monocamadas de Langmuir e bicamadas lipídicas constituem o mesmo sistema físico sob vínculos diferentes. Neste trabalho, desenvolvemos um modelo estatístico para o estudo da transição ordem-desordem destes sistemas, que inclui flutuações de densidade, estas ausentes no modelo de Doniach, de 1980, a base para muitos estudos teóricos para transições de fase de sistemas lipídicos. Flutuações de densidade são fundamentais na descrição de vesículas lipídicas carregadas, compostas de surfactante cuja cabeça polar se dissocia em água. O estudo em laboratório das propriedades térmicas e estruturais de membranas artificiais de lipídios carregados _e relativamente recente, e foi desenvolvido em grande parte no Laboratório de Biofísica do IFUSP. Tais membranas apresentam comportamento distinto das membranas neutras, notoriamente influenciado pela concentração de sal na solução. Isto motivou o desenvolvimento de uma segunda versão do modelo, na qual passamos a descrever a cabeça polar do lipídio em termos de um par de cargas opostas, sendo que a camada lipídica foi acoplada ao modelo primitivo restrito na rede, que desempenha o papel da solução salina. O primeiro modelo foi estudado por aproximação de campo médio e por simulações de Monte Carlo, e o segundo modelo foi investigado apenas através de simulações numéricas. O estudo do modelo carregado foi precedido por uma investigação criteriosa das técnicas de simulação de sistemas com interação Coulombiana, resultando no desenvolvimento de uma metodologia adequada a condições de contorno não isotrópicas e com custo computacional reduzido. Os modelos estatísticos propostos por nós levaram a dois resultados importantes. O modelo para camadas lipídicas neutras é, até hoje, o único modelo estatístico que descreve tanto a transição gel-fluido de bicamadas lipídicas, como a transição líquido condensado - líquido expandido\" de monocamadas de Langmuir, além de descrever também a transição líquido expandido gás na interface água-ar. O modelo para camadas lipídicas que se dissociam em água reproduz a variação abrupta na dissociação, concomitante com a transição ordem-desordem, propriedade que permite interpretar estudos experimentais relativos à condutividade das soluções lipídicas correspondentes. / Lipids in aqueous solution form a variety of different structures which include monolayers of surfactants at the water-air interface, known as Langmuir monolayers, as well as unilamellar or plurilamellar vesicles within the solution. Under temperature variation, these structures display different phases, observed through calorimetry or isothermal variation of lateral pressure. Among the phases presented by these structures, the two most important differ in the order of the lipid chains. From the point of view of the thermodynamic phases, our understanding is that Langmuir monolayers and lipid bilayers constitute the same physical system under different constraints. In this work, we develop a statistical model for the order - disorder transition of lipid bilayers which adds density fluctuations to Doniach\'s 1980 model, which has been considered the basis for many theoretical studies for lipid systems phase transitions. Density fluctuations are essential in the description of the properties of charged vesicles in solution, which consist of surfactants whose polar head dissociates in water. The study in the laboratory of thermal and structural properties of artificial charged lipid membranes is relatively new, and was developed largely in the IFUSP Laboratory of Biophysics. Such membranes exhibit distinct behavior if compared to neutral membranes, notoriously influenced by the solution salt concentration. The experimental investigations motivated us to develop a second model, in which we describe the polar headgroups through a pair of opposite charges. The lipid layer is attached to the lattice restricted primitive model, which plays the role of the saline solution. The first model was studied both through a mean-field approximation as well as through Monte Carlo simulations, whereas the second model was investigated only through numerical simulations. The study of the charged model was preceded by a thorough investigation of the simulation techniques for Coulomb interaction systems, leading to the development of a methodology suitable for non isotropic boundary conditions and with reduced computational cost. The statistical models proposed by us led to two important results. To our knowledge, our model for neutral lipid layers is the only statistical model which, aside from describing simultaneously both the gel-fluid transition of lipid bilayers and the condensed liquid - expanded liquid transition of Langmuir monolayers, also describes the gas- expanded liquid transition at the air-water interface. The model for lipid layers that dissociate in water reproduces the abrupt change in dissociation, concomitant with the order-disorder transition, a property that allows us to interpret experimental studies related to conductivity of the corresponding lipid solutions.