Modelos de mapas simpléticos para o movimento de deriva elétrica com efeitos de raio de Larmor finito

Mapas simpléticos têm sido amplamente utilizados para modelar o transporte caótico em plasmas e fluidos. Neste trabalho, propomos três tipos de mapas simpléticos que descrevem o movimento de deriva elétrica em plasmas magnetizados. Efeitos de raio de Larmor finito são incluídos em cada um dos mapas. No limite do raio de Larmor tendendo a zero, o mapa com frequência monotônica se reduz ao mapa de Chirikov-Taylor, e, nos casos com frequência não-monotônica, os mapas se reduzem ao mapa padrão não-twist. Mostramos como o raio de Larmor finito pode levar à supressão de caos, modificar a topologia do espaço de fases e a robustez de barreiras de transporte. Um método baseado na contagem dos tempos de recorrência é proposto para analisar a influência do raio de Larmor sobre os parâmetros críticos que definem a quebra de barreiras de transporte. Também estudamos um modelo para um sistema de partículas onde a deriva elétrica é descrita pelo mapa de frequência monotônica, e o raio de Larmor é uma variável aleatória que assume valores específicos para cada partícula do sistema. A função densidade de probabilidade para o raio de Larmor é obtida a partir da distribuição de Maxwell-Boltzmann, que caracteriza plasmas na condição de equilíbrio térmico. Um importante parâmetro neste modelo é a variável aleatória gama, definida pelo valor da função de Bessel de ordem zero avaliada no raio de Larmor da partícula. Resultados analíticos e numéricos descrevendo as principais propriedades estatísticas do parâmetro gama são apresentados. Tais resultados são então aplicados no estudo de duas medidas de transporte: a taxa de escape e a taxa de aprisionamento por ilhas de período um.

Excitations in Bose-Einstein condensates: collective modes, quantum turbulence and matter wave statistics

In this thesis, we present the generation and studies of a 87Rb Bose-Einstein condensate (BEC) perturbed by an oscillatory excitation. The atoms are trapped in a harmonic magnetic trap where, after an evaporative cooling process, we produce the BEC. In order to study the effect caused by oscillatory excitations, a quadrupole magnetic field time oscillatory is superimposed to the trapping potential. Through this perturbation, collective modes were observed. The dipole mode is excited even for low excitation amplitudes. However, a minimum excitation energy is needed to excite the condensate quadrupole mode. Observing the excited cloud in TOF expansion, we note that for excitation amplitude in which the quadrupole mode is excited, the cloud expands without invert its aspect ratio. By looking these clouds, after long time-of-flight, it was possible to see vortices and, sometimes, a turbulent state in the condensed cloud. We calculated the momentum distribution of the perturbed BECs and a power law behavior, like the law to Kolmogorov turbulence, was observed. Furthermore, we show that using the method that we have developed to calculate the momentum distribution, the distribution curve (including the power law exponent) exhibits a dependence on the quadrupole mode oscillation of the cloud. The randomness distribution of peaks and depletions in density distribution image of an expanded turbulent BEC, remind us to the intensity profile of a speckle light beam. The analogy between matter-wave speckle and light speckle is justified by showing the similarities in the spatial propagation (or time expansion) of the waves. In addition, the second order correlation function is evaluated and the same dependence with distance was observed for the both waves. This creates the possibility to understand the properties of quantum matter in a disordered state. The propagation of a three-dimensional speckle field (as the matter-wave speckle described here) creates an opportunity to investigate the speckle phenomenon existing in dimensions higher than 2D (the case of light speckle).

Avaliação da musculatura inspiratória e expiratória na doença pulmonar obstrutiva crônica leve e grave comparada aos indivíduos saudáveis

Introdução: A DPOC é uma doença respiratória prevenível e tratável, caracterizada por limitação persistente ao fluxo aéreo, hiperinsuflação e aprisionamento aéreo. A dispneia e a intolerância aos esforços, decorrentes destas alterações fisiopatológicas sofre influência de vários fatores. Dentre estes, o recrutamento e a sobrecarga imposta aos músculos inspiratórios e expiratórios são de fundamental importância, porém a participação destes ainda não foi completamente elucidada em diferentes gravidades da doença. Objetivos: O objetivo principal deste estudo foi avaliar a mecânica ventilatória, e o grau de recrutamento da musculatura inspiratória e expiratória na DPOC leve e grave, na condição de repouso e durante um teste máximo de exercício, comparado a um grupo de indivíduos saudáveis. Metodologia: Trata-se de um estudo transversal envolvendo 36 indivíduos, sendo 24 pacientes portadores de DPOC e 12 voluntários sadios. As avaliações foram divididas em 2 visitas. No D1, foram realizadas uma avaliação clínica, avaliação de dispneia (mMRC) e de qualidade de vida (SGRQ), além da prova de função pulmonar completa. Na 2ª visita, realizada com intervalo de 1 semana, foram avaliadas: as pressões respiratórias máximas estáticas por meio de métodos volitivos (PImax, PEmax, SNIP, Pes sniff, Pga sniff e Pdi sniff) e não volitivos (Twitch cervical bilateral e T10); avaliação da sincronia toracoabdominal por pletismografia de indutância; avaliação do recrutamento dos músculos inspiratórios e expiratórios ao repouso pela eletromiografia de superfície; e, posteriormente, um teste de exercício cardiopulmonar incremental para estudo de todas essas variáveis no esforço. Resultados: Foram avaliados 24 pacientes (12 leves e 12 graves) e 12 indivíduos saudáveis da mesma faixa etária. A maioria dos pacientes apresentava comprometimento significativo da qualidade de vida e os pacientes do grupo grave eram mais sintomáticos. A função pulmonar encontrava-se alterada na maioria dos pacientes. Destes, 79,2% apresentavam aprisionamento aéreo e 70,8% tinham redução da DLCO. Tais alterações foram semelhantes nos 2 grupos de pacientes. A força muscular estática medida por métodos volitivos e não volitivos estava reduzida nos 2 grupos e mostrou relação com o VEF1. No exercício, a dispneia foi o principal motivo para interrupção do teste em 70% dos pacientes. A HD esteve presente em 87,5% dos pacientes. O comportamento das pressões respiratórias foi significativamente diferente entre os 3 grupos. Os pacientes com DPOC apresentaram maior atividade diafragmática (Pdi) comparado aos controles e a participação da musculatura expiratória também foi maior neste grupo, principalmente nos graves. Apesar disso, os pacientes com DPOC apresentaram uma eficiência mecânica reduzida, ou seja, esse incremento da força muscular foi insuficiente para manter uma ventilação adequada para uma determinada carga. Com o aumento da demanda ventilatória, houve recrutamento precoce e progressivo dos músculos inspiratórios e expiratórios durante o exercício. O trabalho resistivo e o expiratório foram significativamente diferentes entre os controles e os pacientes com DPOC desde o início do exercício. Como consequência destas alterações, a intensidade da dispneia durante o TECP foi maior nos pacientes com DPOC (leve e grave) para a mesma carga e mesma ventilação-minuto (VE), quando comparada aos indivíduos do grupo-controle. Conclusões: O conjunto destes achados demonstra que o comprometimento dos músculos inspiratórios e expiratórios contribuiu significativamente para a dispneia e a intolerância ao exercício tanto no DPOC leve quanto no DPOC grave. E que este comprometimento pode não ser detectado com os testes máximos de força ao repouso

Caracterização elétrica de túnel-FET em estrutura de nanofio com fontes de SiGe e Ge em função da temperatura.

Este trabalho teve como objetivo estudar os transistores de tunelamento por efeito de campo em estruturas de nanofio (NW-TFET), sendo realizado através de analises com base em explicações teóricas, simulações numéricas e medidas experimentais. A fim de avaliar melhorar o desempenho do NW-TFET, este trabalho utilizou dispositivos com diferentes materiais de fonte, sendo eles: Si, liga SiGe e Ge, além da variação da espessura de HfO2 no material do dielétrico de porta. Com o auxílio de simulações numéricas foram obtidos os diagramas de bandas de energia dos dispositivos NW-TFET com fonte de Si0,73Ge0,27 e foi analisada a influência de cada um dos mecanismos de transporte de portadores para diversas condições de polarização, sendo observado a predominância da influência da recombinação e geração Shockley-Read-Hall (SRH) na corrente de desligamento, do tunelamento induzido por armadilhas (TAT) para baixos valores de tensões de porta (0,5V > VGS > 1,5V) e do tunelamento direto de banda para banda (BTBT) para maiores valores tensões de porta (VGS > 1,5V). A predominância de cada um desses mecanismos de transporte foi posteriormente comprovada com a utilização do método de Arrhenius, sendo este método adotado em todas as análises do trabalho. O comportamento relativamente constante da corrente dos NW-TFETs com a temperatura na região de BTBT tem chamado a atenção e por isso foi realizado o estudo dos parâmetros analógicos em função da temperatura. Este estudo foi realizado comparando a influência dos diferentes materiais de fonte. O uso de Ge na fonte, permitiu a melhora na corrente de tunelamento, devido à sua menor banda proibida, aumentando a corrente de funcionamento (ION) e a transcondutância do dispositivo. Porém, devido à forte dependência de BTBT com o campo elétrico, o uso de Ge na fonte resulta em uma maior degradação da condutância de saída. Entretanto, a redução da espessura de HfO2 no dielétrico de porta resultou no melhor acoplamento eletrostático, também aumentando a corrente de tunelamento, fazendo com que o dispositivo com fonte Ge e menor HfO2 apresentasse melhores resultados analógicos quando comparado ao puramente de Si. O uso de diferentes materiais durante o processo de fabricação induz ao aumento de defeitos nas interfaces do dispositivo. Ao longo deste trabalho foi realizado o estudo da influência da densidade de armadilhas de interface na corrente do dispositivo, demonstrando uma relação direta com o TAT e a formação de uma região de platô nas curvas de IDS x VGS, além de uma forte dependência com a temperatura, aumentando a degradação da corrente para temperaturas mais altas. Além disso, o uso de Ge introduziu maior número de impurezas no óxido, e através do estudo de ruído foi observado que o aumento na densidade de armadilhas no óxido resultou no aumento do ruído flicker em baixa frequência, que para o TFET, ocorre devido ao armadilhamento e desarmadilhamento de elétrons na região do óxido. E mais uma vez, o melhor acoplamento eletrostático devido a redução da espessura de HfO2, resultou na redução desse ruído tornando-se melhor quando comparado à um TFET puramente de Si. Neste trabalho foi proposto um modelo de ruído em baixa frequência para o NW-TFET baseado no modelo para MOSFET. Foram realizadas apenas algumas modificações, e assim, obtendo uma boa concordância com os resultados experimentais na região onde o BTBT é o mecanismo de condução predominante.