Design of a cavity backed spiral antenna with improved pattern symmetry

In this paper we investigate the azimuthal pattern symmetry of an Archimedean spiral antenna which is designed to operate over the frequency range 3-10 GHz. The performance of the spiral in free space is compared with a structure that is backed by a perfect electric conductor with a separation distance of ?/4 at the operating frequencies. The latter arrangement exhibits a higher gain, however it is observed that the radiation patterns are less symmetrical about boresight and this performance degradation increases with frequency. The predicted 3 dB beamwidth difference is shown to vary between 14° (3 GHz) and 51° (10 GHz). An improved antenna design is described which reduces the pattern asymmetry to ˜ 2° at 10 GHz. The reduction in modal contamination is obtained by inserting slots carefully arranged in a radial pattern to disrupt the surface currents that flow on the ground plane of the antenna

Dynamical symmetry breaking with optimal control: Reducing the number of pieces

We analyze the production of defects during the dynamical crossing of a mean-field phase transition with a real order parameter. When the parameter that brings the system across the critical point changes in time according to a power-law schedule, we recover the predictions dictated by the well-known Kibble-Zurek theory. For a fixed duration of the evolution, we show that the average number of defects can be drastically reduced for a very large but finite system, by optimizing the time dependence of the driving using optimal control techniques. Furthermore, the optimized protocol is robust against small fluctuations.

Site symmetry dependence of repulsive interactions between chemisorbed oxygen atoms on Pt{100}-(1x1)

Ab initio total energy calculations using density functional theory with the generalized gradient approximation have been performed for the chemisorption of oxygen atoms on a Pt{100}-(1 x 1) slab. Binding energies for the adsorption of oxygen on different high-symmetry sites are presented. The bridge site is the most stable at a coverage of 0.5 ML, followed by the fourfold hollow site. The atop site is the least stable. This finding is rationalized by analyzing the ''local structures'' formed upon oxygen chemisorption. The binding energies and heats of adsorption at different oxygen coverages show that pairwise repulsive interactions are considerably stronger between oxygen atoms occupying fourfold sites than those occupying bridge sites. Analysis of the partial charge densities associated with Bloch states demonstrates that the O-Pt bond is considerably more localized at the bridge site. These effects cause a sharp drop in the heats of adsorption for oxygen on hollow sites when the coverage is increased from 0.25 to 0.5 ML. Mixing between oxygen p orbitals and Pt d orbitals can be observed over the whole metal d-band energy range.

Nonclassicality and criticality in symmetry protected magnetic phases

Quantum and global discord in a spin-1 Heisenberg chain subject to single-ion anisotropy (uniaxial field) are studied using exact diagonalisation and the density matrix renormalisation group (DMRG). We find that these measures of quantum non-classicality are able to detect the quantum phase transitions confining the symmetry protected Haldane phase and show critical scaling with universal exponents. Moreover, in the case of thermal states, we find that quantum discord can increase with increasing temperature.

A New ROV Design: Issues on Low Drag and Mechanical Symmetry

This paper reports the design of a new remotely operated underwater vehicle (ROV), which has been developed at the Underwater Systems and Technology Laboratory (USTL) - University of Porto. This design is contextualized on the KOS project (Kits for underwater operations). The main issues addressed here concern directional drag minimization, symmetry, optimized thruster positioning, stability and layout of ROV components. This design is aimed at optimizing ROV performance for a set of different operational scenarios. This is achieved through modular configurations which are optimized for each different scenario.

Symmetry and order parameter dynamics of the human odometer

Bipedal gaits have been classified on the basis of the group symmetry of the minimal network of identical differential equations (alias cells) required to model them. Primary bipedal gaits (e.g., walk, run) are characterized by dihedral symmetry, whereas secondary bipedal gaits (e.g., gallop-walk, gallop- run) are characterized by a lower, cyclic symmetry. This fact has been used in tests of human odometry (e.g., Turvey et al. in P Roy Soc Lond B Biol 276:4309–4314, 2009, J Exp Psychol Hum Percept Perform 38:1014–1025, 2012). Results suggest that when distance is measured and reported by gaits from the same symmetry class, primary and secondary gaits are comparable. Switching symmetry classes at report compresses (primary to secondary) or inflates (secondary to primary) measured distance, with the compression and inflation equal in magnitude. The present research (a) extends these findings from overground locomotion to treadmill locomotion and (b) assesses a dynamics of sequentially coupled measure and report phases, with relative velocity as an order parameter, or equilibrium state, and difference in symmetry class as an imperfection parameter, or detuning, of those dynamics. The results suggest that the symmetries and dynamics of distance measurement by the human odometer are the same whether the odometer is in motion relative to a stationary ground or stationary relative to a moving ground.

Taxonomical and biogeographical problems in Mediterranean shrews of the genus Crocidura (Mammalia, Insectivora) with reference to a new karyotype from Sicily (Italy)

Shrews of the genus Crocidura from Sicily revealed a new karyotype from Europe: 2n = 36, NF = 56, NFa = 52. With reference to the revision of Vesmanis (1976), this shrew is provisionally attributed to C. caudata Miller, 1901 and it is proposed to call it the "Sicilian shrew". Its chromosome complement is similar to that of shrews from Canary Islands and a species from Burundi (Central Africa), suggesting that it might have split off from a line of Paleotropical origin. Following these findings, the modern concept of Mediterranean island colonization by shrews must be revised. The distinctive characteristics of Mediterranean shrews should also be revised.

Chemoenzymatic synthesis of amaryllidaceae alkaloids and their C-1 analogues : symmetry based approach to total synthesis of thebaine

Described herein is the chemoenzymatic total synthesis of several Amaryllidaceae constituents and their unnatural C-I analogues. A new approach to pancratistatin and related compounds will be discussed along with the completed total synthesis of 7 -deoxypancratistatin and trans-dihydrolycoricidine. Evaluation of all new C-l analogues as cancer cell growth inhibitory agents is described. The enzymatic oxidation of dibromobenzenes by Escherichia coli 1M 109 (pDTG60 1) is presented along with conversion of their metabolites to (-)-conduritol E. Investigation into the steric and functional factors governing the enzymatic dihydroxylation of various benzoates by the same organism is also discussed. The synthetic utility of these metabolites is demonstrated through their conversion to pseudo-sugars, aminocyclitols, and complex bicyclic ring systems. The current work on the total synthesis of some morphine alkaloids is also presented. Highlighted will be the synthesis of several model systems related to the efficient total synthesis of thebaine.

The Search for New Resonances in Strong Symmetry Breaking Scenarios with the ATLAS Detector

Utilisant les plus récentes données recueillies par le détecteur ATLAS lors de collisions pp à 7 et 8 TeV au LHC, cette thèse établira des contraintes sévères sur une multitude de modèles allant au-delà du modèle standard (MS) de la physique des particules. Plus particulièrement, deux types de particules hypothétiques, existant dans divers modèles théoriques et qui ne sont pas présentes dans le MS, seront étudiés et sondés. Le premier type étudié sera les quarks-vectoriels (QV) produits lors de collisions pp par l’entremise de couplages électrofaibles avec les quarks légers u et d. On recherchera ces QV lorsqu’ils se désintègrent en un boson W ou Z, et un quark léger. Des arguments théoriques établissent que sous certaines conditions raisonnables la production simple dominerait la production en paires des QV. La topologie particulière des évènements en production simple des QV permettra alors la mise en oeuvre de techniques d’optimisation efficaces pour leur extraction des bruits de fond électrofaibles. Le deuxième type de particules recherché sera celles qui se désintègrent en WZ lorsque ces bosons de jauges W, et Z se désintègrent leptoniquement. Les états finaux détectés par ATLAS seront par conséquent des évènements ayant trois leptons et de l’énergie transverse manquante. La distribution de la masse invariante de ces objets sera alors examinée pour déterminer la présence ou non de nouvelles résonances qui se manifesterait par un excès localisé. Malgré le fait qu’à première vue ces deux nouveaux types de particules n’ont que très peu en commun, ils ont en réalité tous deux un lien étroit avec la brisure de symétrie électrofaible. Dans plusieurs modèles théoriques, l’existence hypothétique des QV est proposé pour annuler les contributions du quark top aux corrections radiatives de la masse du Higgs du MS. Parallèlement, d’autres modèles prédisent quant à eux des résonances en WZ tout en suggérant que le Higgs est une particule composite, chambardant ainsi tout le sector Higgs du MS. Ainsi, les deux analyses présentées dans cette thèse ont un lien fondamental avec la nature même du Higgs, élargissant par le fait même nos connaissances sur l’origine de la masse intrinsèque des particules. En fin de compte, les deux analyses n’ont pas observé d’excès significatif dans leurs régions de signal respectives, ce qui permet d’établir des limites sur la section efficace de production en fonction de la masse des résonances.

Evaluating perceptual maps of asymmetries for gait symmetry quantification and pathology detection

Le mouvement de la marche est un processus essentiel de l'activité humaine et aussi le résultat de nombreuses interactions collaboratives entre les systèmes neurologiques, articulaires et musculo-squelettiques fonctionnant ensemble efficacement. Ceci explique pourquoi une analyse de la marche est aujourd'hui de plus en plus utilisée pour le diagnostic (et aussi la prévention) de différents types de maladies (neurologiques, musculaires, orthopédique, etc.). Ce rapport présente une nouvelle méthode pour visualiser rapidement les différentes parties du corps humain liées à une possible asymétrie (temporellement invariante par translation) existant dans la démarche d'un patient pour une possible utilisation clinique quotidienne. L'objectif est de fournir une méthode à la fois facile et peu dispendieuse permettant la mesure et l'affichage visuel, d'une manière intuitive et perceptive, des différentes parties asymétriques d'une démarche. La méthode proposée repose sur l'utilisation d'un capteur de profondeur peu dispendieux (la Kinect) qui est très bien adaptée pour un diagnostique rapide effectué dans de petites salles médicales car ce capteur est d'une part facile à installer et ne nécessitant aucun marqueur. L'algorithme que nous allons présenter est basé sur le fait que la marche saine possède des propriétés de symétrie (relativement à une invariance temporelle) dans le plan coronal.

Topological order in a broken-symmetry state

À travers cette thèse, nous revisitons les différentes étapes qui ont conduit à la découverte des isolants topologiques, suite à quoi nous nous penchons sur la question à savoir si une phase topologiquement non-triviale peut coexister avec un état de symétrie brisée. Nous abordons les concepts les plus importants dans la description de ce nouvel état de la matière, et tentons de comprendre les conséquences fascinantes qui en découlent. Il s’agit d’un champ de recherche fortement alimenté par la théorie, ainsi, l’étude du cadre théorique est nécessaire pour atteindre une compréhension profonde du sujet. Le chapitre 1 comprend un retour sur l’effet de Hall quantique, afin de motiver les sections subséquentes. Le chapitre 2 présente la première réalisation d’un isolant topologique à deux dimensions dans un puits quantique de HgTe/CdTe, suite à quoi ces résultats sont généralisés à trois dimensions. Nous verrons ensuite comment incorporer des principes de topologie dans la caractérisation d’un système spécifique, à l’aide d’invariants topologiques. Le chapitre 3 introduit le premier dérivé de l’état isolant topologique, soit l’isolant topologique antiferromagnétique (ITAF). Après avoir motivé théoriquement le sujet et introduit un invariant propre à ce nouvel état ITAF, qui est couplé à l’ordre de Néel, nous explorons, dans les chapitres 4 et 5, deux candidats de choix pour la phase ITAF : GdBiPt et NdBiPt.

Ultrasonic measurement of the elastic constants of selected nonlinear optical /semiorganic crystals with orthorhombic symmetry

Ultrasonic is a good tool to investigate the elastic properties of crystals. It enables one to determine all the elastic constants, Poisson’s ratios, volume compressibility and bulk modulus of crystals from velocity measurements. It also enables one to demonstrate the anisotropy of elastic properties by plotting sections of the surfaces of phase velocity, slowness, group velocity, Young’s modulus and linear compressibility along the a-b, b-c and a-c planes. They also help one to understand more about phonon amplification and help to interpret various phenomena associated with ultrasonic wave propagation, thermal conductivity, phonon transport etc. Study of nonlinear optical crystals is very important from an application point of view. Hundreds of new NLO materials are synthesized to meet the requirements for various applications. Inorganic, organic and organometallic or semiorganic classes of compounds have been studied for several reasons. Semiorganic compounds have some advantages over their inorganic and inorganic counterparts with regard to their mechanical properties. High damage resistance, high melting point, good transparency and non-hygroscopy are some of the basic requirements for a material to be suitable for device fabrication. New NLO materials are being synthesized and investigation of the mechanical and elastic properties of these crystals is very important to test the suitability of these materials for technological applications