Ciências Exatas e Tecnológicas
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Item A influência da interação entre segundos vizinhos na termodinâmica e na dinâmica de redes de Skyrmions(Universidade Federal de Viçosa, 2017-04-03) Oliveira, Erika Aparecida da Silva; Pereira, Afranio Rodrigues; http://lattes.cnpq.br/4680214469214382Nesta tese estudamos a influência de segundos vizinhos na termodinâmica e na dinâmica de redes de skyrmions. Na primeira parte usamos técnicas de Monte Carlo para estudar a termodinâmica de redes de spins quadradas com interações quirais. Como principal resultado, através do cálculo do calor especı́fico, da susceptibilidade magnética longitudinal e do número de skyrmions na rede, obtivemos o diagrama de fase, interação de Dzyaloshinskii-Moriya entre segundos vizinhos versus campo magnético, para diferentes intensidades de interações de troca entre segundos vizinhos. Além de reproduzir resultados da literatura, quando as interações com os segundos vizinhos é zero, nossos resultados mostram que sistemas com interações antiferromagnéticas mais fortes, entre segundos vizinhos, apresentam a fase skyrmiônica num intervalo maior de campo magnético. Essas interações podem fornecer ainda outras contribuições importantes, como alteração no perı́odo dos estados helicais e parâmetro de rede das redes de skyrmions, bem como influenciam diretamente o raio dos skyrmions. Na segunda parte desta tese estudamos a evolução temporal de redes de skyrmions na presença de cor- rentes polarizadas de spins, na rede limpa e com vacâncias, utilizando as equações de Landau-Lifshitz-Ginzburg. Nossos estudos apontam que sistemas com uma concen- tração grande de impurezas (1%) atrapalham o deslocamento dos skyrmions, atuando como forças de “pinning”, podendo levar à destruição de skyrmions alterando a forma hexagonal original da rede. Além disso, detectamos uma velocidade transversal à cor- rente aplicada, que corresponde à uma contribuição de origem topológica ao efeito Hall, ligeiramente maior para os sistemas em que a interação com segundos vizinhos é maior, indicando que em tais sistemas possa ser mais fácil a detecção de tal efeito.Item Crescimento e caracterização de filmes finos de CdTe em substratos flexiveis(Universidade Federal de Viçosa, 2015-08-11) Ferraz, Isnard Domingos; Ferreira, Sukarno Olavo; http://lattes.cnpq.br/5780680865683675Nesta tese, estudamos os efeitos da temperatura do substrato na evolução da textura, rugosidade e tensão em filmes finos de CdTe crescidos sobre substratos de SnO 2 /Vidro,folha de poliamida (Kapton©) e lâmina de aço inoxidável, além de determinar os expoentes e a classe de universalidade do processo de crescimento. Os filmes de CdTe foram depositados pelo método de epitaxia de paredes quentes (HWE) a uma taxa de 0,5 μm/h enquanto a temperatura do substrato variou de 150 a 250 0 C. A estrutura e a morfologia dos filmes crescidos foram caracterizadas por difração de raios-x (DRX) e microscopia de força atômica (AFM). As medidas de raios-X mostram que os filmes crescidos em todos os substratos são policristalinos com orientação preferencial (111), embora os filmes crescidos sobre Kapton mostrem menor cristalinidade. As imagens de AFM foram utilizadas para determinar a rugosidade global, distribuições de altura e o espectro de potência com o objetivo de encontrar, juntamente com os indícios dos expoentes, a classe de universalidade do processo de crescimento. Nossos resultados mostram que, os filmes crescidos sobre Kapton a baixa temperatura seguem a classe de universalidade Edwards-Wilkinson (EW).Item Desenvolvimento de eletrodos de nanocompósitos de óxido de grafeno e óxidos metálicos para aplicação em supercapacitores(Universidade Federal de Viçosa, 2017-12-14) Zica, Aline Salviano; Munford, Maximiliano Luís; http://lattes.cnpq.br/3952033225667319Neste trabalho foram desenvolvidos eletrodos baseados em nanocompósitos de grafeno oxidado (GO) e óxidos metálicos para aplicação em eletrodos supercapacitores. Estes nanocompósitos permitem grandes valores de carga armazenada comparados a eletrodos com somente um des- tes materiais. O ponto principal deste trabalho é estudar a influência da quantidade e proporção de cada um dos nanomateriais constituintes do nanocompósito no comportamento eletroquí- mico dos eletrodos. Foram utilizadas para a produção destes nanocompósitos as técnicas de deposição eletroforética e eletrodeposição. Imagens de microscopia eletrônica de varredura dos nanocompósitos de óxido de níquel sobre GO (NiO/GO) mostraram que as partículas de NiO foram depositadas sobre a superfície das folhas de GO, comprovando a formação do nanocom- pósito. A espectroscopia Raman confirmou a presença de NiO sobre o GO. As técnicas de vol- tametria cíclica e carga/descarga galvanostática foram utilizadas para caracterização eletroquí- mica dos eletrodos obtidos. Verificou-se que existe um limite para a capacidade voltamétrica (24mC/cm 2 ) com o aumento da quantidade de nanocompósito no eletrodo, independente da proporção de NiO/GO. O aumento da espessura do GO contribuiu para o aumento dos proces- sos faradaicos. Por outro lado, o aumento na quantidade de NiO contribuiu significativamente para uma intensificação dos processos não-faradaicos, indicando um aumento da área superfi- cial dos nanocompósitos. Foram produzidos também nanocompósitos a partir de misturas entre os seguintes metais: níquel, cobalto e manganês. O nanocompósito misto que apresentou maior capacidade voltamétrica quando comparado aos nanocompósitos produzidos apenas com um dos metais foi o nanocompósito misto de óxido de níquel com óxido de cobalto sobre GO.Item Efeitos de forças externas nas propriedades mecânicas de complexos DNA- ligantes(Universidade Federal de Viçosa, 2016-08-01) Bazoni, Raniella Falchetto; Ramos, José Ésio Bessa; http://lattes.cnpq.br/3349837205962461Os estudos de complexos formados com a molécula de DNA normalmente visam obter informações sobre às propriedades fisico-químicas para aplicações biomédicas, como por exemplo, o número de exclusão (quantos sítios de ligação do DNA são ocupados na interação), a constante de ligação ki , etc. Neste trabalho, o enfoque se torna um pouco diferente. Além de realizar a caracterização fisico-química (variação das propriedades mecânicas com a concentração do ligante) analisou-se a influência de forças externas nas propriedades mecânicas dos complexos. Já é sabido que no regime entálpico (altas forças) a estrutura do polímero se altera levando até à desnaturação. Porém, nosso objetivo foi estudar o regime onde as propriedades da molécula de DNA não se alteram, o regime entrópico. Os resultados mostram que os polímeros analisados (complexos formados com intercalantes (Doxorrubicina e Brometo de Etídio) e com a proteína recombinante Sso7d-C8) se comportam de maneira intrigante. Ou seja, as propriedades (principalmente elasticidade) dos complexos dependem da técnica utilizada e da força externa aplicada. Isso fornece a liberdade de sintetizar um polímero específico que modifique suas propriedades dependendo da força aplicada sob o mesmo. Além disso, o comportamento observado por esses polímeros equivale ao de uma mola convencional variando sua constante de força dentro do regime elástico, o que é algo inesperado, já que os cientistas do ramo consideram que forças dentro do regime entrópico não causam alterações nas constantes mecânicas.Item Estudo da dinâmica de migração, da forma e da extração de nanotubos de membrana em células(Universidade Federal de Viçosa, 2017-06-30) Podestá, Tatiane de Souza Vilela; Martins, Marcelo Lobato; http://lattes.cnpq.br/6760249349531654Estudos sobre migração celular, flutuações da membrana plasmática, extração de amarras em células, ou em geral, sobre o comportamento de células in vitro são de grande importância para a ciência. Através deles, podemos compreender vários processos biológicos tais como cicatrização de feridas, formação de tumores, divisão celular, tráfego de vesículas, mobilidade celular, comunicação celular entre outros. Neste contexto, é que surge a principal motivação deste trabalho. Para caracterizar o processo de migração de células individuais em cultura, analisamos o comportamento de células tumorais de melanoma B16F10 variando a densidade celular. Observamos que as trajetórias das células são aleatórias, algumas migram em caminhada persistente, enquanto outras giram em torno de si mesmas. Independente da densidade as células migram em um regime de difusão anômalo, indicando uma subdifusão para tempos curtos e uma superdifusão para tempos longos. As distribuições de magnitude das velocidades são do tipo q-Weibull e as autocorrelações das velocidades são de curto alcance. Com o objetivo de verificarmos a relação entre a migração celular e as flutuações da membrana plasmática das células, estudamos as flutuações da membrana das células B16F10 e verificamos que células com muita variação de forma apresentam uma dinâmica do tipo Browniano fracionária com correlações persistentes entre as protusões de lamelipódios e migração em regime superdifusivo, enquanto que células com pouca variação de forma apresentam uma migração subdifusiva. Estudamos também as flutuações da membrana de células normais de melanócito Melan-A e de fibroblasto NIH-3T3, o qual foi dividido em dois grupos: células com forma mais arredondada (grupo 1) e células com forma indefinida (grupo 2). Todas as linhagens demostram que a rugosidade da interface da membrana tem correlação persistente de longo alcance apresentando dinâmica do tipo Browniano fracionária. Observando a média das curvaturas locais e média da energia de curvatura ao longo do tempo de todas as linhagens aqui citadas, e fazendo uma comparação entre as linhagens tumoral B16F10 e normal Melan-A, verificamos que as curvaturas da B16F10, são em média, mais acentuadas e armazenam mais energia na sua forma que a Melan-A. Comparando as células NIH-3T3 grupo I e grupo 2 observamos que as células do grupo 2 armazenam em média mais energia em sua forma do que as células do grupo 1. Através do pinçamento ótico e da microscopia eletrônica de varredura (MEV), caracterizamos as propriedades mecânicas, tensão superficial e rigidez de flexão da membrana, de células das linhagens Melan-A e B16F10. Nossos resultados revelam que a rigidez de flexão e tensão da membrana não variam entre essas duas linhagens.Item Estudo da interação magnética em válvulas de spin e gelos de spin artificiais unidirecionais para aplicação em efeito de proximidade supercondutora(Universidade Federal de Viçosa, 2019-03-19) Goncalves, Rafael Silva; Araújo, Clodoaldo Irineu Levartoski de; http://lattes.cnpq.br/6778408014702624Estruturas do tipo ferromagneto(FM1)/supercondutor(SC) /ferromagneto(FM2) tem sido foco de muitas pesquisas uma vez que a temperatura de transição do supercondutor pode ser contro- ladas através da orientação paralela (P) e anti-paralela (AP) da magnetização entre as camadas FM1 e FM2, em uma pseudo válvula de spin supercondutora (SSVs). A correta manipulação destas válvulas de spin a temperaturas próximas da crítica possibilita um controle entre o estado normal e o estado supercondutor da camada supercondutora através de campos magnéticos de baixa intensidade, levando estes dispositivos a chamada magnetorresistência infinita. Na pri- meira parte deste trabalho investigamos estruturas de tri-camadas GdN/NbN/GdN crescidas por sputtering reativo com diferentes espessuras do espaçador NbN (dw»n). As amostras foram submetidas a medidas de susceptibilidade AC para identificar os campos coercivos das cama- das FM1 e FM2, e para verificar a existência de acoplamento ferromagnético entre as camadas de GdN quando NbN se encontra no estado supercondutor. Também foram realizadas medi- das de magnetorresistência das amostras em baixas temperaturas para o controle da resistência da junção e da temperatura de transição (T.) quando submetida a campos magnéticos. Na segunda parte deste trabalho, investigamos a mobilidade e emergência da população de car- gas magnéticas em função da distância lateral dy e longitudinal d, entre os nanomagnetos de Nio,sf'eo,2 em cinco redes lineares de diferentes espaçamentos. A configuração ferromagnética ou antiferromagnética das nanoilhas, ao longo das diferentes redes, pode ser utilizada no controle de propriedades supercondutoras, de modo que a combinação entre nanomagnetos e supercon- dutividade pode dar origem a novos dispositivos de memória criogênica baseados em efeitos de proximidade. Os resultados observados também podem ser aplicados no design de dispositi- vos lógicos nanomagnéticos e possibilitam o entendimento sobre a mobilidade unidirecional das cargas magnéticas para aplicações em dispositivos spintrônicos e em magnetricidade.Item Estudo de propriedades de sistemas com ordem topológica(Universidade Federal de Viçosa, 2020-11-26) Teixeira, Allison Wagner; Fonseca, Jakson Miranda; http://lattes.cnpq.br/1480021215034290Nesse trabalho, estudamos sistemas supercondutores e magnéticos, ambos com orde- namento topológico não trivial. Supercondutores topológicos apresentam condições para emergência de férmions de Majorana, cujo potencial efetivo foi calculado. Com tal potencial, algumas caracterı́sticas dos sistemas foram encontradas, como número de partı́culas, a equação de gap supercondutor e as condições em que supercondutivi- dade é induzida em isolantes topológicos por efeito de proximidade. A possibilidade de emergência de férmions de Majorana em cupratos supercondutores de alta tem- peratura crı́tica também foi estudada. Além disso, a massa de um skyrmion em uma rede de spin com topologia não trivial, em função da velocidade foi encontrada. Nesse caso, encontramos ainda uma transição de fase topológica devido ao aumento do número de skyrmions que ocorre acima de uma velocidade crı́tica. Por fim, de- terminamos estados de configurações magnéticas que minimizam a energia em uma nanocasca toroidal, que apresenta geometria com topologia não trivial. A partir do cálculo de energia de distintas configurações da magnetização pudemos construir um diagrama de estados. Palavras-Chave: Topologia. Supercondutividade. Magnetismo.Item Estudo experimental de sistemas frustrados e dispositivos híbridos para aplicações em altas e baixas frequências(Universidade Federal de Viçosa, 2017-06-22) Ribeiro, Igor Renato Bueno; Araujo, Clodoaldo Irineu Levartoski de; http://lattes.cnpq.br/8439352819017071Nesta tese foram fabricados e caracterizados três sistemas: o gelo de spin artificial (GSA), o Anti-GSA e um tipo de dispositivo híbrido. O primeiro, GSA, consiste de uma distribuição de nanoilhas ferromagnéticas (300nm x 100nm x 20nm) de permalloy dispostas em uma geometria retangular com a razão entre os parâmetros de redes na √ √ √ horizontal (a) e vertical (b) iguais a 2, 3 e 4. O Anti-GSA, trata-se de furos alongados (300nm x 150nm x 30nm) distribuidos em um filme contínuo de níquel, com geometria similar a uma rede GSA com a/b = 1. Ambos sistemas foram estudados através de simulações micromagnéticas e pelas técnicas experimentais de microscopia eletrônica de varredura (MEV), magnetometria de amostra vibrante (VSM) e ressonância ferromagnética (FMR), medidas de magnetorresistência na rede Anti-GSA e microscopia de força magnética (MFM) na rede GSA. Os resultados mostraram que esses sistemas são candidatos promissores para o desenvolvimento de filtros de microondas magnéticos sintonizáveis, além da possibilidade de utilização em outros dispositivos magnéticos. Por fim, o dispositivo híbrido, que é constituído de um sensor magnético do tipo válvula de spin (SV) ou junção túnel magnética (MTJ), um concentrador de fluxo magnético (MFC) e um atuador no plano MEMS comb drive. A elaboração e otimização do processo de fabricação teve como objetivo suprimir o ruído 1/f e tornar o dispositivo capaz de detectar campo magnético a baixas frequências.Item Estudo sobre a eletrodinâmica de isolantes topológicos e metamateriais(Universidade Federal de Viçosa, 2016-12-19) Melo, Thiago Martins; Melo, Winder Alexander Moura; http://lattes.cnpq.br/1626670148427213Nesta tese são apresentados estudos teóricos acerca da eletrodinâmica de isolantes topológicos (ITs) e metamateriais (MTMs). São investigadas as principais propriedades de ondas eletromagnéticas (EMs) confinadas unidimensionalmente por um guia de onda do tipo slab, cujas paredes são ITs tridimensionais (ITs-3D). Os resultados mostram que, nesse ambiente, a radiação ́e sujeita à uma frequência de corte com estabilidade topológica, que por sua vez ́e relacionada com o comprimento de penetração dos estados metálicos no bulk do material. Tal frequência pode ser interpretada como um limiar de influência da fase ITa sobre as ondas EMs propagantes no sistema. Na parte referente à MTMs, foi estudada a dinâmica de plasmons polaritons superficiais (PPSs) em uma metasuperfície (MTS) que exibe o efeito Hall de spin fotˆonico (EHSF). Foi proposto um modelo que aproxima a MTS de um meio efetivo, do qual obteve-se a relação de dispersão e grandezas relacionadas ao confinamento longitudinal e transversal dos modos de PPSs. Utilizando a abordagem proposta para a MTS, foram calculadas as quantidades associadas ao EHSF fundamentando-se nas recentes verificações experimentais do referido efeito. Em seguida, a sinergia entre características fotônicas e plasmônicas foi explorada investigando-se a excitação de PPSs através do EHSF induzido pela MTS.Item Localization phenomena and limits of mean-field theories in epidemic processes on networks(Universidade Federal de Viçosa, 2020-12-10) Silva, Diogo Henrique da; Ferreira Júnior, Silvio da Costa; http://lattes.cnpq.br/6705029756494017Complex networks have been applied to represent many real systems and investiga- tions of dynamical processes on their top are of interest, in particular, the epidemic model susceptible-infected-susceptible (SIS). In this model, theoretical descriptions of the transition from a disease-free to an endemic phase at the epidemic threshold are usually performed by means of mean-field theories. The quenched mean-field theory (QMF) takes into account the network structure regarding dynamical corre- lations. The dynamical correlations are added to QMF theory in a pairwise level in the pair-quenched mean-field theory (PQMF). We verify that, as in the QMF case, the PQMF theory can be described by the spectral properties of a Jacobian matrix which emerges within this theory. The absence of degree correlations, which allows to simplify these theories, has been considered in many studies. We analyze the effects of degree correlations on the performance of mean-field theories in determining the epidemic threshold and prevalence of the SIS model on real and synthetic networks. We investigate if there is a relation between this performance and structural and spectral properties of the network and matrices associated with the respective theories. Usually, localization in dynamical processes is investigated through eigenvectors of matrices associated to theoretical approaches near to the transition. We study this problem introducing a normalized activity vector determined by the nodal activities. We construct basis for interpreting the localization inherent to epidemic processes at the threshold and the onset of a delocalized endemic phase just above it. The method is generic and applicable to theories, stochastic simulations, real data and any network. Keywords: Complex networks. Spreading dynamics. Mean-field theories.Item Nanomagnetismo: um estudo sobre transições de fase, ordenamento topológico e seus efeitos em spintrônica(Universidade Federal de Viçosa, 2021-10-07) Lopes, Ricardo Junior Campos; Melo, Winder Alexander de Moura; http://lattes.cnpq.br/2455809421513287Na presente tese, desenvolvemos diversos trabalhos cujo foco central é o estudo de sis- temas nanomagnéticos (ou magneticamente nano estruturados) em sua grande maioria bidimensionais ou quasi-bidimensionais. Em nosso caso, os sistemas quasi-bidimensionais são compostos por camadas bidimensionais fracamente acopladas entre si. Os estudos perpassam desde a descrição e caracterização de transições de fase magnéticas, ordena- mento topológico, excitações coletivas em regimes de baixa energia, dinâmica de spins e de domínios magnéticos e spintrônica mediada por magnons (também conhecida como magnônica). Dentro dos temas supracitados, pudemos descrever a influência de uma transição de fase topológica do tipo BKT (Berezinskii-Kosterlitz-Thouless) no processo de injeção de correntes de spin em junções compostas por metais normais e ferromagnetos isolantes, observando um efeito switch térmico nesta injeção na exata temperatura em que o material sofre a transição de fase, além de observarmos o efeito de saturação do processo de injeção da corrente de spins bem como a grande acurácia na obtenção da temperatura de transição para sistema reais [1]. Também descrevemos a possível extin- ção de uma transição de fase BKT em sistemas magnéticos com interações diagonais [2]. Por fim, observamos a cíclica conversão entre diferentes excitações topológicas do tipo Skyrmion [3]. Palavras-chave: Nanomagnetismo. Bidimensional. Transição de fase. Excitações coletivasItem On the quantum properties of graphene-like quantum electrodynamics(Universidade Federal de Viçosa, 2021-08-31) Miranda, Émerson da Silva; Del Cima, Oswaldo Monteiro; http://lattes.cnpq.br/0184694173751800First, in Part I we study a Lorentz invariant version of a mass-gap graphene-like planar quantum electrodynamics, the parity-preserving U(1) x U(1) massive QEDs. In Chapter 3, was showed it exhibits attractive interaction in low-energy electron-polaron-electron- polaron s-wave scattering, favoring quasiparticles bound states, the s-wave bipolarons. Still in Part I in Chapter 4, was verified that the model is ultraviolet finiteness — exhibits vanishing 5-functions, associated to the gauge coupling constants (electric and pseudochiral charges) and the Chern-Simons mass parameter, and all the anomalous dimensions of the fields — as well as is parity and gauge anomaly free at all orders in perturbation theory. It was done adopting the Becchi-Rouet-Stora (BRS) algebraic renormalization method in the framework of Bogoliubov-Parasiuk-Hepp-Zimmermann (BPHZ) subtraction scheme. In the sequence, in Part II of the thesis, we deal with the parity-preserving U(1) x U(1) hybrid QEDs, proposed as a pristine graphene-like planar quantum elec- trodynamics model. In Chapter 5 was determined the spectrum as well as the four-fold broken degeneracy of the Landau levels, similar as the one experimentally observed in pristine graphene submitted to high applied external magnetic fields, besides that, was verified it exhibits zero-energy Landau level indicating a kind of anomalous quantum Hall effect. Furthermore, the electron-polaron-electron-polaron scattering potentials in s- and p-wave states mediated by photon and Néel quasiparticles might exhibit attractive (s-wave state) or repulsive (p-wave state) interactions. Already in Chapter 6 was analyzed the quantum parity conservation at all orders in perturbation theory for the hybrid model. It was proved, by using the Lowenstein-Zimmermann (LZ) subtraction scheme, that the Bogoliubov-Parasiuk-Hepp-Zimmermann-Lowenstein (BPHZL) renormalization method, preserves parity for the model. To finalize the Part II, in Chapter 7, was showed the vanishing of the 8-functions associated to the coupling constants (0. = O and 8, = 0), the mass parameter (8,,) and the anomalous dimensions of all fields (y4, = 0), as well as the absence of parity and gauge anomalies at all orders of perturbation theory. Closing the analysis of the UA(1) x Us(1) hybrid QEDs it is ultraviolet and infrared finite at all orders in perturbation theory. Keywords: Quantum Hall effect. Graphene. Three space-time dimensions. Algebraic renormalization. Quantum Electrodynamics.Item Processos epidêmicos em redes complexas: mecanismos de ativação e métodos computacionais(Universidade Federal de Viçosa, 2016-09-29) Sander, Renan Servat; Ferreira Junior, Silvio da Costa; http://lattes.cnpq.br/1708048694986295Transições de fase para estados absorventes (TFEAs) são um tópico de fronteira na física estatís- tica. A comunidade científica tem dedicado esforços ao estudo de processos que exibem TFEAs em redes complexas, já que tais redes tem sido alvo de crescente interesse por descreverem uma grande variedade de sistemas com relevância tanto tecnológica quanto intelectual. Levando em conta a natureza dinâmica e o enorme tamanho das redes reais, a abordagem da mecânica esta- tística mostra-se conveniente devido a sua ligação com a teoria de grafos e a caracterização de fenômenos macroscópicos emergentes em termos da dinâmica de elementos básicos que com- poem o sistema. Em um dos tópicos apresentados nesta tese, utilizamos o tempo de vida da atividade nos vértices mais conectados (hubs) de uma rede sem escala para investigar a relação entre mecanismos de ativação de fases epidêmicas em redes complexas, baseando-se princi- palmente no modelo infectado-suscetível-recuperado-suscetível (SIRS) para redes sem escala sintéticas e para redes reais. Foi desenvolvido um critério geral para identificar a natureza do limiar epidêmico em redes, seja ele devido a um processo de ativação e reativação mútua dos hubs, levando a um limiar epidêmico nulo no limite termodinâmico, ou devido a uma ativação coletiva que gera um estado endêmico no qual a atividade encontra-se espalhada por toda a ex- tensão da rede, correspondendo a uma transição de fase padrão ocorrendo para um valor finito da taxa de infecção. Também comparamos diferentes métodos quase-estacionários de simula- ção para contornar o(s) estado(s) absorvente(s) do sistema (conservando o limite termodinâmico da dinâmica original para os processos analisados), a saber, o método quase-estacionário (QE) padrão, o método de condição de fronteira refletora, em que a dinâmica retorna à configuração pré-absorvente e o método de reativação de hubs, no qual os nós mais conectados são reativados após uma visita a um estado absorvente. Este trabalho foi exemplificado por meio dos já bem conhecidos processo de contato (PC) e modelo suscetível-infectado-suscetível (SIS). Todas as técnicas investigadas fornecem o mesmo limiar epidêmico para ambos os modelos. Mostramos que, para o PC, os métodos são equivalentes, enquanto para o modelo SIS apenas o método QE padrão e de reativação de hubs são capazes de capturar fases endêmicas localizadas. Por fim, verificamos a equivalência entre o método de condição de fronteira refletora e um campo externo fraco que gera atividade espontânea na rede.Item Proposta e teste de memória e nano-oscilador baseados em elementos magnéticos topológicos(Universidade Federal de Viçosa, 2021-07-05) Ojeda Toro, Oscar Eliecer; Araujo, Clodoaldo Irineu Levartoski de; http://lattes.cnpq.br/5246240691425255Uma estrutura composta por duas camadas ferromagnéticas (F M ), separadas por uma fina camada isolante (I), é denomina junção túnel magnética. Nesta estrutura a camada isolante deve ser espessa suficiente para evitar interação magnética direta entre as cama- das F M e fina suficiente para possibilitar que a corrente eletrônica flua de um eletrodo ferromagnético a outro mediante efeito de tunelamento. Tipicamente a magnetização de uma das camadas ferromagnéticas é pinada para servir como referência, enquanto a mag- netização da outra fica livre para mover-se sob a influência de campo magnético externo. Nas junções túnel magnéticas os elétrons atravessam a barreira túnel perpendicularmente com respeito ao plano definido pela configuração F M 1/I/F M 2. Assim quando a mag- netização da camada ferromagnética livre é antiparalela, com respeito à magnetização da camada pinada, a resistência experimentada pelos elétrons ao atravessar a junção é alta, e em uma configuração onde a magnetização da camada livre é paralela à mag- netização da camada de referência a resistência é baixa. Este efeito é conhecido como magnetorresistência túnel e é a base para a fabricação de memorias magnéticas de acesso randômico. Neste trabalho foi utilizada técnica de sputtering de filmes finos para obten- ção de camadas de CoF eB/M gO/CoF eB com um gradiente de espessura para a junção túnel (M gO) com resistividade variante entre 2-72 Ohm/cm 2 e foram realizadas medi- das com magnetometro de amostra vibrante para estabelecer a espessura adequada da junção túnel na qual se apresenta desacoplamento das camadas ferromagnéticas na pre- sença de campo externo, encontrando efeito de desacoplamento na faixa dos 7 Ohm/cm 2 . Posteriormente foi utilizado o método de tunelização de corrente no plano para medir as propriedades magnetorresistivas da junção túnel encontrando magnetorresistência túnel do 160%. Ainda serão apresentados os passos realizados para a nano-fabricação de nano- pilares e as medidas de magnetorresistência perpendicular em nano-pilares de 300 nm de diâmetro com magnetização em configuração de vórtice que funciona como dispositivo de memória. Adicionalmente apresentamos as propriedades dinâmicas dos modos coletivos da magnetização baseadas no movimento de paredes de domı́nio (DW ). Usando simula- ções micromagnéticas e cálculos analı́ticos, estudamos a precessão de uma DW fixada por um defeito em forma de T em uma nano-banda magnética anisotrópica. Palavras-chave: MRAM. Nanofabricação. Magnetorresistência túnel. Nano-osciladores.Item Stability and complexity in emergent complex ecological networks(Universidade Federal de Viçosa, 2019-12-18) Carvalho, Sylvestre Aureliano; Martins, Marcelo Lobato; http://lattes.cnpq.br/9242034851542225One of the main goals of theoretical ecology consists of determining the ecological forces that favor or not the maintenance of biodiversity in the face of species interactions and environmental perturbations. An approach to reach this goal is to describe the dynamics of the populations that form an ecological community through mathematical models of ecological interactions of different kinds (allelopathy, competition, mutualism, predation, etc), which are studied through numerical simulations and analytical approximations. In recent times, the evidence is mounting that the race of living organisms for adaptation to the chemicals synthesized by their neighbours may drive community structures. Particularly, some bacterial infections and plant invasions disruptive of the native community rely on the release of allelochemicals that inhibit or kill sensitive strains or individuals from their own or other species. On the other hands, the concept of structural stability, i.e., the maintenance of the model ecosystem under random changes in the parameters of the dynamical model, in particular, changes in the growth rates of the species that model environmental perturbations, has emerged as a key theoretical tool for characterizing the response of ecosystems to the fluctuations of the environment. In this thesis, an eco-evolutionary model and metacommunity pattern formation for community assembly through resource competition, allelopathic interactions, and evolutionary branching are presented and studied by numerical analysis. Our major findings are that stable com- munities with increasing biodiversity can emerge at weak allelopathic suppression, but stronger allelopathy is negatively correlated with community diversity. Furthermore, the heterogeneous patterns of these species emerge when diffusivity is low and the allelochemical network has cyclic interactions. The structural stability analysis of interactions as mutualism, competition, and predation shows that increasing biodiversity can be observed in mutualistic species (when the interspecific competition is weak), is impaired when the intragroup competition is considered, and predation interactions can increase or decrease the biodiversity (if the interspecific competition is weak or strong). Keywords: Complex networks. Community structure. Ecological and evolutionary theory. Pattern formation. Competition. Predation. Mutualism. Allelopathy. Structural stability.Item Study of some lattice models for polymers and fluids(Universidade Federal de Viçosa, 2020-04-30) Rodrigues, Nathann Teixeira; Oliveira, Tiago José de; http://lattes.cnpq.br/9986069999367536Lattice models have been widely employed in the modeling of a sort of real systems, being especially important in study phase transitions and critical phenomena. In polymers, lattice models have helped to unveil the universal nature present in these systems, allowing a deep understanding of important phenomena such as protein folding and adsorption. When applied in the study of fluid systems, lattice models have been used to explore several properties as, e.g., fluid interfaces, phase transitions and multiphase flown. Here we investigate lattice models for both polymers and fluids. We explore two-dimensional lattice models for a single linear polymer chain near to a surface, with the polymer modeled through the path lattice model of interacting self-avoiding trails (ISATs). By using efficient Monte Carlo methods, we have characterized the thermodynamic behavior of adsorbing ISAT on the square and triangular lattices. In the former case, we have analyzed the universal nature of the adsorption transition for different boundary and solvent conditions. We have confirmed the universality hypothesis for the ordinary adsorption but, on the special point, a non-universal behavior has been found. On the triangular lattice, we have tackled the challenging problem of building up the three-dimensional phase diagram of the model, which is featured by several phases separated by a number of surfaces of phase transition and multicritical lines. In the part of fluids, we have investigated lattice gas models of hard-particles that excluded up to their k nearest-neighbor (kNN) in the square and cubic lattices with semi-analytic solutions on Husimi Lattices (HLs). By solving the models 1NN and 2NN on L-level HL built with squares we have characterized the critical parameters and, by using the coherent anomaly method (CAM), we have obtained the critical exponent β and γ. For both models, we have found critical parameters in good agreement with the more accurate estimates from Monte Carlo simulations. The values of the exponentes, however, are far from the expected values. On the cubic lattice, we have studied the binary 0NN-1NN, 0NN-2NN and 1NN-2NN and the ternary 0NN-1NN-2NN mixtures. By solving these mixtures on a HL built with cubes we have found a very rich thermodynamic behavior, with the presence of four stable phases, two fluid, and two solids, being separated by continuous and discontinuous phase transitions. We also have found critical, tricritical and triple points and even a density thermodynamic anomaly. Keywords: Lattice models. Phase transitions. Critical phenomena. Self-avoiding trails. Lattice gas. Husimi lattice.Item Substratos vítreos com nanoestruturas metálicas para aplicações SERS(Universidade Federal de Viçosa, 2016-08-25) Pereira, Anderson de Jesus; Felix, Jorlandio Francisco; http://lattes.cnpq.br/2706768463638642Filmes finos metálicos nanoestruturados têm despertado considerável interesse devido à sua ca- pacidade de produzir Ressonância de Plasmons de Superfície (SPR), tornando-os versáteis para aplicação em espectroscopia Raman Intensificada por Superfície (SERS). Os metais usados, geralmente, são prata, ouro, cobre e níquel uma vez que a SPR desses metais estão localizados na região do visível. Neste trabalho, foi sintetizado e caracterizado um material híbrido, consti- tuído de nanopartículas de prata ou cobre autossuportadas sobre um substrato vítreo ativo à base de fosfato, para aplicação na espectroscopia SERS. Os precursores das nanoestruturas de prata ou cobre foram introduzidos como íon na composição do vidro (NaH 2 PO 4 -H 3 BO 3 -Al 2 O 3 ), na forma de AgNO 3 ou Cu 2 O, respectivamente. O tamanho e a forma das nanopartículas formadas possuem dependência com a temperatura e o tempo de tratamento térmico. Para verificação da sensibilidade dos substratos vítreos à umidade, medidas de absorção de água foram realizadas em função de várias concentrações de Al 2 O 3 . Os resultados mostraram que os substratos vítreos SERS ativos sintetizados com 15% de Al 2 O 3 não absorvem água e as nanopartículas não são removidas em solução. Usando a molécula cresil-violeta (CV) como molécula teste, foi pos- sível obter uma amplificação da ordem de 10 5 para os substratos vítreos borofosfatos dopado com íons Ag + . Os substratos dopados com íons de cobre foram avaliados quanto a atividade SERS, usando como molécula teste a rodamina B (RB). Estes substratos vítreos SERS ativos exibiram fatores de amplificação SERS (EF) de 10 7 e 10 8 , para as linhas de laser 514,5 nm e 632,8 nm, respectivamente, com uma excelente reprodutibilidade. A rugosidade da superfície dos substratos vítreos com as nanoestruturas de cobre aumenta com o tempo de tratamento tér- mico. A intensidade SERS apresenta a mesma tendência, atingindo um máximo de amplificação para a amostra tratada durante 20 minutos. Para o tratamento durante 30 minutos, nota-se uma diminuição na intensidade. Os processos cinéticos de difusão e adsorção, responsáveis pela formação de auto-arranjos de nanoestruturas de cobre (mounds) sobre superfície dos vidros borofosfatos, foram estudados usando o método Monte Carlo Cinético, implementando uma barreira cinética que aparece quando a partícula executa uma difusão intercamada no modelo Wolf-Villain (WV). Este modelo foi capaz de reproduzir o comportamento da rugosidade em função do tempo de tratamento térmico obtido experimentalmente, medido através do expoente de crescimento β e do expoente dinâmico z.Item Tight-binding analysis of topological materials and new directions in optical tweezers(Universidade Federal de Viçosa, 2021-01-27) Campos, Warlley Hudson; Melo, Winder Alexander de Moura; http://lattes.cnpq.br/7626021330216528Optical tweezers (OT) is a powerful technique to manipulate microscopic objects using light. Dielectric particles are stably trapped, while metallic beads are usually deflected by radiometric forces. The optical trapping of semi-transparent particles have been over- looked in the literature. In this regard, we have observed that Bi 2 Te 3 , Bi 2 Se 3 [both are topological insulators (TI’s)] and germanium particles behave like optically induced oscillators under a Gaussian laser beam OT. The oscillations take place in a plane per- pendicular to the optical axis of the laser beam as a result of the competition between gradient and radiometric forces. Remarkably, the oscillation direction of the germanium particles depends on the polarization of the laser beam. We propose an effective model to describe these effects, which reproduces the experimental data with good accuracy. Furthermore, we propose a generalization of the Ashkin’s model for OT in the geometri- cal optics regime, accounting for light absorption by the trapped particle. We have also studied the interplay between topological materials and magnetic ordering. These materi- als exhibit very unusual properties, such as metallic surface states with “spin-momentum locking” in TI’s and corner-localized states in second order TI’s. Here, we show that an electrically charged wire near a semi-cylindrical cavity in a TI can be used to induce a Hall current reversion on its surface. Furthermore, preliminary investigations have indicated higher order topology on spinful ferromagnetic and antiferromagnetic variations of the 2D SSH model. Similar analysis have shown that an effect analogous to the topological metal-insulator transition for antiferromagnetic CuMnAs takes place in its ferromagnetic variation. Among the possible applications of our results, stand out the optical rheol- ogy of soft matter interfaces, dynamical force measurements in macromolecules, colloid science and biopolymers, as well as a possible experimental realization of a microscopic single-particle thermal machine. In turn, topological materials are quoted as promising candidates for near future technology, with possibilities for applications in spintronics, quantum computation and advanced low-dissipation devices. Keywords: Topological Materials. Optical Tweezers. Semiconductors. Topological Insulators.