Seismic structure along transitions from flat to normal subduction: central Mexico, southern Peru, and southwest Japan

The fine-scale seismic structure of the central Mexico, southern Peru, and southwest Japan subduction zones is studied using intraslab earthquakes recorded by temporary and permanent regional seismic arrays. The morphology of the transition from flat to normal subduction is explored in central Mexico and southern Peru, while in southwest Japan the spatial coincidence of a thin ultra-slow velocity layer (USL) atop the flat slab with locations of slow slip events (SSEs) is explored. This USL is also observed in central Mexico and southern Peru, where its lateral extent is used as one constraint on the nature of the flat-to-normal transitions.

In western central Mexico, I find an edge to this USL which is coincident with the western boundary of the projected Orozco Fracture Zone (OFZ) region. Forward modeling of the 2D structure of the subducted Cocos plate using a finite-difference algorithm provides constraints on the velocity and geometry of the slab’s seismic structure in this region and confirms the location of the USL edge. I propose that the Cocos slab is currently fragmenting into a North Cocos plate and a South Cocos plate along the projection of the OFZ, by a process analogous to that which occurred when the Rivera plate separated from the proto-Cocos plate 10 Ma.

In eastern central Mexico, observations of a sharp transition in slab dip near the abrupt end of the Trans Mexican Volcanic Belt (TMVB) suggest a possible slab tear located within the subducted South Cocos plate. The eastern lateral extent of the USL is found to be coincident with these features and with the western boundary of a zone of decreased seismicity, indicating a change in structure which I interpret as evidence of a possible tear. Analysis of intraslab seismicity patterns and focal mechanism orientations and faulting types provides further support for a possible tear in the South Cocos slab. This potential tear, together with the tear along the projection of the OFZ to the northwest, indicates a slab rollback mechanism in which separate slab segments move independently, allowing for mantle flow between the segments.

In southern Peru, observations of a gradual increase in slab dip coupled with a lack of any gaps or vertical offsets in the intraslab seismicity suggest a smooth contortion of the slab. Concentrations of focal mechanisms at orientations which are indicative of slab bending are also observed along the change in slab geometry. The lateral extent of the USL atop the horizontal Nazca slab is found to be coincident with the margin of the projected linear continuation of the subducting Nazca Ridge, implying a causal relationship, but not a slab tear. Waveform modeling of the 2D structure in southern Peru provides constraints on the velocity and geometry of the slab’s seismic structure and confirms the absence of any tears in the slab.

In southwest Japan, I estimate the location of a possible USL along the Philippine Sea slab surface and find this region of low velocity to be coincident with locations of SSEs that have occurred in this region. I interpret the source of the possible USL in this region as fluids dehydrated from the subducting plate, forming a high pore-fluid pressure layer, which would be expected to decrease the coupling on the plate interface and promote SSEs.

Um método SN híbrido direto para cálculos de sistemas combustível-moderador em geometria unidimensional

Desenvolvemos nesta dissertação um método híbrido direto para o cálculo do fator de desvantagem e descrição da distribuição do fluxo de nêutrons em sistemas combustível-moderador. Na modelagem matemática, utilizamos a equação de transporte de Boltzmann independente do tempo, considerando espalhamento linearmente anisotrópico no modelo monoenergético e espalhamento isotrópico no modelo multigrupo, na formulação de ordenadas discretas (SN), em geometria unidimensional. Desenvolvemos nesta dissertação um método híbrido direto para o cálculo do fator de desvantagem e descrição da distribuição do fluxo de nêutrons em sistemas combustível-moderador. Na modelagem matemática, utilizamos a equação de transporte de Boltzmann independente do tempo, considerando espalhamento linearmente anisotrópico no modelo monoenergético e espalhamento isotrópico no modelo multigrupo, na formulação de ordenadas discretas (SN), em geometria unidimensional. Descrevemos uma análise espectral das equações de ordenadas discretas (SN)a um grupo e a dois grupos de energia, onde seguimos uma analogia com o método de Case. Utilizamos, neste método, quadraturas angulares diferentes no combustível (NC) e no moderador (NM), onde em geral assumimos que NC > NM . Condições de continuidade especiais que acoplam os fluxos angulares que emergem do combustível (moderador) e incidem no moderador (combustível), foram utilizadas com base na equivalência entre as equações SN e PN-1, o que caracteriza a propriedade híbrida do modelo proposto. Sendo um método híbrido direto, utilizamos as NC + NM equações lineares e algébricas constituídas pelas (NC + NM)/2 condições de contorno reflexivas e (NC + NM)/2 condições de continuidade para determinarmos as NC + NM constantes. Com essas constantes podemos calcular os valores dos fluxos angulares e dos fluxos escalares em qualquer ponto do domínio. Apresentamos resultados numéricos para ilustrar a eficiência e a precisão do método proposto.

90°全息记录衍射效率分析与提高

对光折变全息记录特别是双中心全息记录中90°记录结构下较低的衍射效率进行了研究, 采用局域衍射理论对90°记录结构的衍射进行了分析,表明在同样的折射率变化和2 mm的光束宽度的情况下, 只有当折射率光栅振幅大于10-4时, 90°记录结构衍射效率才能够与小角度透射记录结构的衍射效率大致相当。针对环境干扰导致的干涉条纹振动影响光栅记录, 提出了有效调制度概念, 根据分析90°记录结构的干涉条纹间距很小, 容易受外界环境干扰而导致低的折射率变化率, 因此应采用主动条纹锁定系统。此外在双中心全息记录中, 微观光

Desenvolvimento de um método espectronodal livre de erros de truncamento espacial para problemas adjuntos de transporte de partículas neutras monoenergéticas na formulação de ordenadas discretas em geometria unidimensional

Um método numérico nodal livre de erros de truncamento espacial é desenvolvido para problemas adjuntos de transporte de partículas neutras monoenergéticas em geometria unidimensional com fonte fixa na formulação de ordenadas discretas (SN). As incógnitas no método são os fluxos angulares adjuntos médios nos nodos e os fluxos angulares adjuntos nas fronteiras dos nodos, e os valores numéricos gerados para essas quantidades são os obtidos a partir da solução analítica das equações SN adjuntas. O método é fundamentado no uso da convencional equação adjunta SN discretizada de balanço espacial, que é válida para cada nodo de discretização espacial e para cada direção discreta da quadratura angular, e de uma equação auxiliar adjunta não convencional, que contém uma função de Green para os fluxos angulares adjuntos médios nos nodos em termos dos fluxos angulares adjuntos emergentes das fronteiras dos nodos e da fonte adjunta interior. Resultados numéricos são fornecidos para ilustrarem a precisão do método proposto.

Simulações de problemas inversos com aplicações em engenharia nuclear usando técnicas de transporte de partículas neutras monoenergéticas na formulação unidimensional de ordenadas discretas

Neste trabalho, três técnicas para resolver numericamente problemas inversos de transporte de partículas neutras a uma velocidade para aplicações em engenharia nuclear são desenvolvidas. É fato conhecido que problemas diretos estacionários e monoenergéticos de transporte são caracterizados por estimar o fluxo de partículas como uma função-distribuição das variáveis independentes de espaço e de direção de movimento, quando os parâmetros materiais (seções de choque macroscópicas), a geometria, e o fluxo incidente nos contornos do domínio (condições de contorno), bem como a distribuição de fonte interior são conhecidos. Por outro lado, problemas inversos, neste trabalho, buscam estimativas para o fluxo incidente no contorno, ou a fonte interior, ou frações vazio em barras homogêneas. O modelo matemático usado tanto para os problemas diretos como para os problemas inversos é a equação de transporte independente do tempo, a uma velocidade, em geometria unidimensional e com o espalhamento linearmente anisotrópico na formulação de ordenadas discretas (SN). Nos problemas inversos de valor de contorno, dado o fluxo emergente em um extremo da barra, medido por um detector de nêutrons, por exemplo, buscamos uma estimativa precisa para o fluxo incidente no extremo oposto. Por outro lado, nos problemas inversos SN de fonte interior, buscamos uma estimativa precisa para a fonte armazenada no interior do domínio para fins de blindagem, sendo dado o fluxo emergente no contorno da barra. Além disso, nos problemas inversos SN de fração de vazio, dado o fluxo emergente em uma fronteira da barra devido ao fluxo incidente prescrito no extremo oposto, procuramos por uma estimativa precisa da fração de vazio no interior da barra, no contexto de ensaios não-destrutivos para aplicações na indústria. O código computacional desenvolvido neste trabalho apresenta o método espectronodal de malha grossa spectral Greens function (SGF) para os problemas diretos SN em geometria unidimensional para gerar soluções numéricas precisas para os três problemas inversos SN descritos acima. Para os problemas inversos SN de valor de contorno e de fonte interior, usamos a propriedade da proporcionalidade da fuga de partículas; ademais, para os problemas inversos SN de fração de vazio, oferecemos a técnica a qual nos referimos como o método físico da bissecção. Apresentamos resultados numéricos para ilustrar a precisão das três técnicas, conforme descrito nesta tese.

Métodos espectronodais para cálculos de transporte de partículas neutras com fonte fixa na formulação de ordenadas discretas e multigrupo de energia

Um método espectronodal é desenvolvido para problemas de transporte de partículas neutras de fonte fixa, multigrupo de energia em geometria cartesiana na formulação de ordenadas discretas (SN). Para geometria unidimensional o método espectronodal multigrupo denomina-se método spectral Greens function (SGF) com o esquema de inversão nodal (NBI) que converge solução numérica para problemas SN multigrupo em geometria unidimensional, que são completamente livre de erros de truncamento espacial para ordem L de anisotropia de espalhamento desde que L < N. Para geometria X; Y o método espectronodal multigrupo baseia-se em integrações transversais das equações SN no interior dos nodos de discretização espacial, separadamente nas direções coordenadas x e y. Já que os termos de fuga transversal são aproximados por constantes, o método nodal resultante denomina-se SGF-constant nodal (SGF-CN), que é aplicado a problemas SN multigrupo de fonte fixa em geometria X; Y com espalhamento isotrópico. Resultados numéricos são apresentados para ilustrar a eficiência dos códigos SGF e SGF-CN e a precisão das soluções numéricas convergidas em cálculos de malha grossa.

Solução analítica da equação unidimensional de transporte de nêutrons monoenergéticos com espalhamento linearmente anisotrópico e aproximação sintética de difusão

Nesta dissertação, são apresentados os seguintes modelos matemáticos de transporte de nêutrons: a equação linearizada de Boltzmann e a equação da difusão de nêutrons monoenergéticos em meios não-multiplicativos. Com o objetivo de determinar o período fluxo escalar de nêutrons, é descrito um método espectronodal que gera soluções numéricas para o problema de difusão em geometria planar de fonte fixa, que são livres de erros de truncamento espacial, e que conjugado com uma técnica de reconstrução espacial intranodal gera o perfil detalhado da solução. A fim de obter o valor aproximado do fluxo angular de nêutrons em um determinado ponto do domínio e em uma determinada direção de migração, descreve-se também um método de reconstrução angular baseado na solução analítica da equação unidimensional de transporte de nêutrons monoenergéticos com espalhamento linearmente anisotrópico com aproximação sintética de difusão nos termos de fonte por espalhamento. O código computacional desenvolvido nesta dissertação foi implementado na plataforma livre Scilab, e para ilustrar a eficiência do código criado,resultados numéricos obtidos para três problemas-modelos são apresentados

Impedance control reduces instability that arises from motor noise.

There is ample evidence that humans are able to control the endpoint impedance of their arms in response to active destabilizing force fields. However, such fields are uncommon in daily life. Here, we examine whether the CNS selectively controls the endpoint impedance of the arm in the absence of active force fields but in the presence of instability arising from task geometry and signal-dependent noise (SDN) in the neuromuscular system. Subjects were required to generate forces, in two orthogonal directions, onto four differently curved rigid objects simulated by a robotic manipulandum. The endpoint stiffness of the limb was estimated for each object curvature. With increasing curvature, the endpoint stiffness increased mainly parallel to the object surface and to a lesser extent in the orthogonal direction. Therefore, the orientation of the stiffness ellipses did not orient to the direction of instability. Simulations showed that the observed stiffness geometries and their pattern of change with instability are the result of a tradeoff between maximizing the mechanical stability and minimizing the destabilizing effects of SDN. Therefore, it would have been suboptimal to align the stiffness ellipse in the direction of instability. The time course of the changes in stiffness geometry suggests that modulation takes place both within and across trials. Our results show that an increase in stiffness relative to the increase in noise can be sufficient to reduce kinematic variability, thereby allowing stiffness control to improve stability in natural tasks.

Determination of the tilt and twist angles of curved GaN layers by high-resolution x-ray diffraction

The full-width at half-maximum (FWHM) of an x-ray rocking curve (XRC) has been used as a parameter to determine the tilt and twist angles of GaN layers. Nevertheless, when the thickness of GaN epilayer reaches several microns, the peak broadening due to curvature becomes non-negligible. In this paper, using the (0 0 l), l = 2, 4, 6, XRC to minimize the effects of wafer curvature was studied systematically. Also the method to determine the tilt angle of a curved GaN layer was proposed while the Williamson-Hall plot was unsuitable. It was found that the (0 0 6) XRC-FWHM had a significant advantage for high-quality GaN layers with the radius curvature of r less than 3.5 m. Furthermore, an extrapolating method of gaining a reliable tilt angle has also been proposed, with which the calculated error can be improved by 10% for r < 2 m crystals compared with the (0 0 6) XRC-FWHM. In skew geometry, we have demonstrated that the twist angles deriving from the (2 0 4) XRC-FWHM are in accord with those from the grazing incidence in-plane diffraction (IP-GID) method for significantly curved samples.

Thermal annealing behaviour of Pt on n-GaN Schottky contacts

The structural evolution and temperature dependence of the Schottky barrier heights of Pt contacts on n-GaN epilayer at various annealing temperatures were investigated extensively by Rutherford backscattering spectrometry, x-ray diffraction measurements, Auger electron spectroscopy, scanning electron microscopy and current-voltage measurements. The temperature dependence of the Schottky barrier heights may be attributed to changes of surface morphology of Pt films on the surface and variation of nonstoichiometric defects at the interface vicinity. Experimental results indicated the degradation of Pt contacts on n-GaN above 600 degreesC.

Partially coherent tunneling through a series of barriers: Inelastic scattering versus pure dephasing

Within the Buttiker dephasing model, the backscattering in the dephasing process is eliminated by setting a proper boundary condition. Explicit expression is carried out for the effective total tunneling probability in the presence of multiple pure dephasing scatterers with partial coherence. The derived formula is illustrated analytically by various limiting cases, and numerically for its application in tunneling through multibarrier systems.

Fabrication of 4 x 4 tapered MMI coupler with large cross section

MMI coupler with large cross section has low coupling loss between the device and fiber. However, large chip area is required. Recently proposed N x N tapered MMI coupler shows a substantial reduction in device geometry. No such kind of devices with N > 2 has yet been realized up to now. The authors have demonstrated a 4 x 4 parabolically tapered MMI coupler with large cross section that can match the SM fiber in silicon-on-insulator (SOI) technology. The device exhibits a minimum uniformity of 0.36 dB and excess loss of 3.7 dB, It represents a key component for realization of MMI-based silicon integrated optical circuit technology.

RECRYSTALLIZATION, IMPURITY MIGRATION AND OPTICAL ACTIVATION OF YB-IMPLANTED SILICON INDUCED BY RAPID THERMAL ANNEALING

The rapid thermal annealing temperature dependence of the recrystallization, Yb migration and its optical activation were studied for Yb-implanted silicon. For the annealing regime 800-1000-degrees-C, the Yb segregates both at the crystal/amorphous interface and at the surface, which is different from the usual segregation of Er at the crystal/amorphous interface, and the efficiency of optical activation also increases with annealing temperature. However, the amorphous layer regrows completely and no photoluminescence is observed after the annealing at 1200-degrees-C.

GROWTH OF HIGH-QUALITY GALLIUM-ARSENIDE ON HF-ETCHED SILICON (001) BY CHEMICAL BEAM EPITAXY

HF etching followed by relatively low temperature (almost-equal-to 600-degrees-C) pretreatment is shown to provide a suitable substrate for the heteroepitaxial growth of GaAs on Si(100) by CBE using TEGa and AsH3 as sources. Rutherford backscattering (RBS), photoluminescence (PL), transmission electron microscopy (TEM), and Raman measurements show the low-defect nature of the GaAs epilayer.

A multi-moment finite volume formulation for shallow water equations on unstructured mesh

A novel and accurate finite volume method has been presented to solve the shallow water equations on unstructured grid in plane geometry. In addition to the volume integrated average (VIA moment) for each mesh cell, the point values (PV moment) defined on cell boundary are also treated as the model variables. The volume integrated average is updated via a finite volume formulation, and thus is numerically conserved, while the point value is computed by a point-wise Riemann solver. The cell-wise local interpolation reconstruction is built based on both the VIA and the PV moments, which results in a scheme of almost third order accuracy. Efforts have also been made to formulate the source term of the bottom topography in a way to balance the numerical flux function to satisfy the so-called C-property. The proposed numerical model is validated by numerical tests in comparison with other methods reported in the literature. (C) 2010 Elsevier Inc. All rights reserved.