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.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:www.repositorio.ufal.br:riufal/1699 |
| Date | 07 December 2015 |
| Creators | Assunção, Thaila Figueiredo |
| Contributors | Lyra, Marcelo Leite, http://lattes.cnpq.br/0907001903528428, Albuquerque, Eudenilson Lins de, http://lattes.cnpq.br/3594651355252245, Fulco, Umberto Laino, http://lattes.cnpq.br/9579151361576173, Nascimento, Elton Malta, http://lattes.cnpq.br/9290548756209369, Moura, Francisco Anacleto Barros Fidelis de, http://lattes.cnpq.br/2051616130490628 |
| Publisher | Universidade Federal de Alagoas, Brasil, Programa de Pós-Graduação em Física da Matéria Condensada, UFAL |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFAL, instname:Universidade Federal de Alagoas, instacron:UFAL |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | bitstream:http://www.repositorio.ufal.br:8080/bitstream/riufal/1699/2/license.txt, bitstream:http://www.repositorio.ufal.br:8080/bitstream/riufal/1699/1/Estudo+de+transporte+n%C3%A3o+rec%C3%ADproco+e+fun%C3%A7%C3%B5es+l%C3%B3gicas+em+cadeias+discretas+acopladas+n%C3%A3o+linearmente.pdf |
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