Phenomenological models of holographic superconductors and hall currents

We study general models of holographic superconductivity parametrized by four arbitrary functions of a neutral scalar field of the bulk theory. The models can accommodate several features of real superconductors, like arbitrary critical temperatures and critical exponents in a certain range, and perhaps impurities or boundary or thickness effects. We find analytical expressions for the critical exponents of the general model and show that they satisfy the Rushbrooke identity. An important subclass of models exhibit second order phase transitions. A study of the specific heat shows that general models can also describe holographic superconductors undergoing first, second and third (or higher) order phase transitions. We discuss how small deformations of the HHH model can lead to the appearance of resonance peaks in the conductivity, which increase in number and become narrower as the temperature is gradually decreased, without the need for tuning mass of the scalar to be close to the Breitenlohner-Freedman bound. Finally, we investigate the inclusion of a generalized ¿theta term¿ producing Hall effect without magnetic field.

Topological phases in small quantum Hall samples

Topological order has proven a useful concept to describe quantum phase transitions which are not captured by the Ginzburg-Landau type of symmetry-breaking order. However, lacking a local order parameter, topological order is hard to detect. One way to detect it is via direct observation of anyonic properties of excitations which are usually discussed in the thermodynamic limit, but so far has not been realized in macroscopic quantum Hall samples. Here we consider a system of few interacting bosons subjected to the lowest Landau level by a gauge potential, and theoretically investigate vortex excitations in order to identify topological properties of different ground states. Our investigation demonstrates that even in surprisingly small systems anyonic properties are able to characterize the topological order. In addition, focusing on a system in the Laughlin state, we study the robustness of its anyonic behavior in the presence of tunable finite-range interactions acting as a perturbation. A clear signal of a transition to a different state is reflected by the system's anyonic properties.

Origin of magnetic and magnetoelastic tweedlike precursor modulations in ferroic materials

Based on experimental observations of modulated magnetic patterns in a Co0.5Ni0.205Ga0.295 alloy, we propose a model to describe a (purely) magnetic tweed and a magnetoelastic tweed. The former arises above the Curie (or Nel) temperature due to magnetic disorder. The latter results from compositional fluctuations coupling to strain and then to magnetism through the magnetoelastic interaction above the structural transition temperature. We discuss the origin of purely magnetic and magnetoelastic precursor modulations and their experimental thermodynamic signatures.

O estado vítreo dentro da perspectiva do curso de graduação em química (físico-química)

We consider the relevance of the study of the glassy state properties and the glass transition as important topics of the physical chemistry for undergraduate courses of Chemistry. Two of the most important theoretical approaches for the description of the glassy state, the thermodynamic and the kinetic models, are summarized with emphasis on the physical chemistry aspects. Examples illustrating the glass transition of some materials are also presented.

Resina de Protium heptaphyllum: isolamento, caracterização estrutural e avaliação das propriedades térmicas

Three mixtures of triterpenes (maniladiol and breine; alpha and beta-amyrin; lupenone, alpha and beta-amyrinone) were isolated from Protium heptaphyllum March resin. The structural identification was based on NMR and mass spectrometry data. Lupenone, and alpha and beta-amyrinone were not reported before as constituents of this resin. The resin was submitted to methylation and acetylation reactions. The pure and derivatized resins and the mixtures (maniladiol and breine; alpha and beta-amyrin) were analyzed by TG and DSC. The TG curves revealed that the derivatization decreases the thermal stability of the resin. The DSC curves showed peaks that can be assigned to evaporation and phase transitions processes.

Avaliação por SAXS e DSC das interações entre H2O e Renex-100

The aggregation behavior of the non-ionic surfactant Renex-100 in aqueous solutions and mesophases was evaluated by SAXS in a wide range of concentrations, between 20 and 30 °C. Complementary, water interactions were defined by DSC curves around 0°C. SAXS showed that the system undergoes the following phase transitions, from diluted to concentrated aqueous solutions: 1) isotropic solution of Renex aggregates; 2) hexagonal mesophase; 3) lamellar mesophase; and 4) isotropic solution. DSC analysis indicated the presence of interfacial water above 70wt%, which agreed with the segregation of free water to form the structural mesophases observed by SAXS bellow this concentration.

Non-Markovian dynamics and quantum information probes

This Thesis discusses the phenomenology of the dynamics of open quantum systems marked by non-Markovian memory effects. Non-Markovian open quantum systems are the focal point of a flurry of recent research aiming to answer, e.g., the following questions: What is the characteristic trait of non-Markovian dynamical processes that discriminates it from forgetful Markovian dynamics? What is the microscopic origin of memory in quantum dynamics, and how can it be controlled? Does the existence of memory effects open new avenues and enable accomplishments that cannot be achieved with Markovian processes? These questions are addressed in the publications forming the core of this Thesis with case studies of both prototypical and more exotic models of open quantum systems. In the first part of the Thesis several ways of characterizing and quantifying non-Markovian phenomena are introduced. Their differences are then explored using a driven, dissipative qubit model. The second part of the Thesis focuses on the dynamics of a purely dephasing qubit model, which is used to unveil the origin of non-Markovianity for a wide class of dynamical models. The emergence of memory is shown to be strongly intertwined with the structure of the spectral density function, as further demonstrated in a physical realization of the dephasing model using ultracold quantum gases. Finally, as an application of memory effects, it is shown that non- Markovian dynamical processes facilitate a novel phenomenon of timeinvariant discord, where the total quantum correlations of a system are frozen to their initial value. Non-Markovianity can also be exploited in the detection of phase transitions using quantum information probes, as shown using the physically interesting models of the Ising chain in a transverse field and a Coulomb chain undergoing a structural phase transition.

Crystal growth, Raman scattering and optical properties of the superconductor Cd2Re2O7(16O, 18O)/

Using the Physical Vapor Transport method, single crystals of Cd2Re207 have been grown, and crystals of dimensions up to 8x6x2 mm have been achieved. X-ray diffraction from a single crystal of Cd2Re207 has showed the crystal growth in the (111) plane. Powder X-ray diffraction measurements were performed on ^^O and ^^O samples, however no difference was observed. Assigning the space group Fd3m to Cd2Re207 at room temperature and using structure factor analysis, the powder X-ray diffraction pattern of the sample was explained through systematic reflection absences. The temperatiure dependence of the resistivity measurement of ^^O has revealed two structural phase transitions at 120 and 200 K, and the superconducting transition at 1.0 K. Using Factor Group Analysis on three different structiures of Cd2Re207, the number of IR and Raman active phonon modes close to the Brillouin zone centre have been determined and the results have been compared to the temperature-dependence of the Raman shifts of ^^O and ^*0 samples. After scaling (via removing Bose-Einstein and Rayleigh scattering factors from the scattered light) all spectra, each spectrum was fitted with a number of Lorentzian peaks. The temperature-dependence of the FWHM and Raman shift of mode Eg, shows the effects of the two structurjil phase transitions above Tc. The absolute reflectance of Cd2Re207 - '^O single crystals in the far-infrared spectral region (7-700 cm~^) has been measured in the superconducting state (0.5 K), right above the superconducting state (1.5 K), and in the normal state (4.2 K). Thermal reflectance of the sample at 0.5 K and 1.5 K indicates a strong absorption feature close to 10 cm~^ in the superconducting state with a reference temperature of 4.2 K. By means of Kramers-Kronig analysis, the absolute reflectance was used to calculate the optical conductivity and dielectric function. The real part of optical conductivity shows five distinct active phonon modes at 44, 200, 300, 375, and 575 cm~' at all temperatures including a Drude-like behavior at low frequencies. The imaginary part of the calculated dielectric function indicates a mode softening of the mode 44 cm~' below Tc.

Specific heat of UPdâ Siâ

The specific heat of single-crystal U Pd2 Si2 has been studied using both the step heating and continious heating methods for the temperature range 2 to 250 K. Successive phase transitions at Tl = 136I< and T2 = 108I< are reported, which are consistent with current publications. The transition at 40K, which was previously reported, has not been detected. Recent published elastic neutron scattering data, magnetic susceptibility and resistivity results suggest that U Pd2 Si2 may be a heavy fermion compound, however, the electronic specific heat coefficient I (= 18.97 ;~), obtained from the specific heat Cv measurements, is smaller than that of the conventional heavy fermion system. The Debye temperature of U Pd2Si2 is found to be 116.55K. The possibility is discussed that the maximum in CIT in the low-temperature range 2 to 4K corresponds to Schottky anomaly induced by localized magnetic impurities .

The Effects of Annealing URu2Si2 on the Resistivity and Meissner Effect

The enigmatic heavy fermion URu2Si2, which is the subject of this thesis, has attracted intensive theoretical and experimental research since 1984 when it was firstly reported by Schlabitz et al. at a conference [1]. The previous bulk property measurements clearly showed that one second order phase transition occurs at the Hidden Order temperature THO ≈ 17.5 K and another second order phase transition, the superconducting transition, occurs at Tc ≈ 1 K. Though twenty eight years have passed, the mechanisms behind these two phase transitions are still not clear to researchers. Perfect crystals do not exist. Different kinds of crystal defects can have considerable effects on the crystalline properties. Some of these defects can be eliminated, and hence the crystalline quality improved, by annealing. Previous publications showed that some bulk properties of URu2Si2 exhibited significant differences between as-grown samples and annealed samples. The present study shows that the annealing of URu2Si2 has some considerable effects on the resistivity and the DC magnetization. The effects of annealing on the resistivity are characterized by examining how the Residual Resistivity Ratio (RRR), the fitting parameters to an expression for the temperature dependence of the resistivity, the temperatures of the local maximum and local minimum of the resistivity at the Hidden Order phase transition and the Hidden Order Transition Width ∆THO change after annealing. The plots of one key fitting parameter, the onset temperature of the Hidden Order transition and ∆THO vs RRR are compared with those of Matsuda et al. [2]. Different media used to mount samples have some impact on how effectively the samples are cooled because the media have different thermal conductivity. The DC magnetization around the superconducting transition is presented for one unannealed sample under fields of 25 Oe and 50 Oe and one annealed sample under fields of 0 Oe and 25 Oe. The DC field dependent magnetization of the annealed Sample1-1 shows a typical field dependence of a Type-II superconductor. The lower critical field Hc1 is relatively high, which may be due to flux pinning by the crystal defects.

Structure et dynamique des communautés multi-espèces : le rôle de l’espace

Cette thèse porte sur le rôle de l’espace dans l’organisation et dans la dynamique des communautés écologiques multi-espèces. Deux carences peuvent être identifiées dans les études théoriques actuelles portant sur la dimension spatiale des communautés écologiques : l’insuffisance de modèles multi-espèces représentant la dimension spatiale explicitement, et le manque d’attention portée aux interactions positives, tel le mutualisme, en dépit de la reconnaissance de leur ubiquité dans les systèmes écologiques. Cette thèse explore cette problématique propre à l’écologie des communautés, en utilisant une approche théorique s’inspirant de la théorie des systèmes complexes et de la mécanique statistique. Selon cette approche, les communautés d’espèces sont considérées comme des systèmes complexes dont les propriétés globales émergent des interactions locales entre les organismes qui les composent, et des interactions locales entre ces organismes et leur environnement. Le premier objectif de cette thèse est de développer un modèle de métacommunauté multi-espèces, explicitement spatial, orienté à l’échelle des individus et basé sur un réseau d’interactions interspécifiques générales comprenant à la fois des interactions d’exploitation, de compétition et de mutualisme. Dans ce modèle, les communautés locales sont formées par un processus d’assemblage des espèces à partir d’un réservoir régional. La croissance des populations est restreinte par une capacité limite et leur dynamique évolue suivant des mécanismes simples de reproduction et de dispersion des individus. Ces mécanismes sont dépendants des conditions biotiques et abiotiques des communautés locales et leur effet varie en fonction des espèces, du temps et de l’espace. Dans un deuxième temps, cette thèse a pour objectif de déterminer l’impact d’une connectivité spatiale croissante sur la dynamique spatiotemporelle et sur les propriétés structurelles et fonctionnelles de cette métacommunauté. Plus précisément, nous évaluons différentes propriétés des communautés en fonction du niveau de dispersion des espèces : i) la similarité dans la composition des communautés locales et ses patrons de corrélations spatiales; ii) la biodiversité locale et régionale, et la distribution locale de l’abondance des espèces; iii) la biomasse, la productivité et la stabilité dynamique aux échelles locale et régionale; et iv) la structure locale des interactions entre les espèces. Ces propriétés sont examinées selon deux schémas spatiaux. D’abord nous employons un environnement homogène et ensuite nous employons un environnement hétérogène où la capacité limite des communautés locales évoluent suivant un gradient. De façon générale, nos résultats révèlent que les communautés écologiques spatialement distribuées sont extrêmement sensibles aux modes et aux niveaux de dispersion des organismes. Leur dynamique spatiotemporelle et leurs propriétés structurelles et fonctionnelles peuvent subir des changements profonds sous forme de transitions significatives suivant une faible variation du niveau de dispersion. Ces changements apparaissent aussi par l’émergence de patrons spatiotemporels dans la distribution spatiale des populations qui sont typiques des transitions de phases observées généralement dans les systèmes physiques. La dynamique de la métacommunauté présente deux régimes. Dans le premier régime, correspondant aux niveaux faibles de dispersion des espèces, la dynamique d’assemblage favorise l’émergence de communautés stables, peu diverses et formées d’espèces abondantes et fortement mutualistes. La métacommunauté possède une forte diversité régionale puisque les communautés locales sont faiblement connectées et que leur composition demeure ainsi distincte. Par ailleurs dans le second régime, correspondant aux niveaux élevés de dispersion, la diversité régionale diminue au profit d’une augmentation de la diversité locale. Les communautés locales sont plus productives mais leur stabilité dynamique est réduite suite à la migration importante d’individus. Ce régime est aussi caractérisé par des assemblages incluant une plus grande diversité d’interactions interspécifiques. Ces résultats suggèrent qu’une augmentation du niveau de dispersion des organismes permet de coupler les communautés locales entre elles ce qui accroît la coexistence locale et favorise la formation de communautés écologiques plus riches et plus complexes. Finalement, notre étude suggère que le mutualisme est fondamentale à l’organisation et au maintient des communautés écologiques. Les espèces mutualistes dominent dans les habitats caractérisés par une capacité limite restreinte et servent d’ingénieurs écologiques en facilitant l’établissement de compétiteurs, prédateurs et opportunistes qui bénéficient de leur présence.

Étude des aimants quantiques et supraconducteurs non conventionnels

Une première partie de ce mémoire portera sur l’analyse des états fondamentaux ma- gnétiques de deux composés isolants et magnétiquement frustrés SrDy2O4 et SrHo2O4. Une étude de la chaleur spécifique à basse température sous l’effet de champs magné- tiques de ces échantillons a été menée afin de détecter la présence de transitions de phases. L’utilisation d’un composé isotructurel non magnétique, le SrLu2O4, a permis l’isolement de la composante magnétique à la chaleur spécifique. Les comportements observés sont non conformes avec les transitions magnétiques conventionnelles. De plus, le calcul de l’entropie magnétique ne montre qu’un recouvrement partiel de l’entropie associée à un système d’ions magnétiques. En second lieu, une analyse des oscillations quantiques de Haas-van Alphen a été effectuée dans le LuCoIn5, composé apparenté au supraconducteur à fermions lourds CeCoIn5. Les résultats obtenus montrent une topologie de la surface de Fermi très différente comparativement aux CeCoIn5 et LaCoIn5, ayant un comportement beaucoup plus tridimensionnel sans les cylindres caractéristiques présents chez les autres membres de cette famille. Finalement, le montage d’un système de détection PIXE a permis l’analyse nucléaire d’échantillons afin de déterminer la concentration de chacun des éléments les constituant. L’analyse a été effectuée sur une série d’échantillons YbxCe1−xCoIn5 dont le changement de concentration a des effets importants sur les propriétés du système.

Discrimination d'événements par analyse des signaux enregistrés par le projet PICASSO

La matière sombre est un mystère dans le domaine de l’astrophysique depuis déjà plusieurs années. De nombreuses observations montrent que jusqu’à 85 % de la masse gravitationnelle totale de l’univers serait composée de cette matière de nature inconnue. Une théorie expliquant cette masse manquante considérerait les WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles), particules stables, non chargées, prédites par des extensions du modèle standard, comme candidats. Le projet PICASSO (Projet d’Identification des CAndidats Supersymétriques à la matière Sombre) est une expérience qui tente de détecter directement le WIMP. Le projet utilise des détecteurs à gouttelettes de fréon (C4F10) surchauffées. La collision entre un WIMP et le noyau de fluor crée un recul nucléaire qui cause à son tour une transition de phase de la gouttelette liquide à une bulle gazeuse. Le bruit de ce phénomène est alors capté par des senseurs piézoélectriques montés sur les parois des détecteurs. Le WIMP n’est cependant pas la seule particule pouvant causer une telle transition de phase. D’autres particules environnantes peuvent former des bulles, telles les particules alpha où même des rayons gamma . Le système d’acquisition de données (DAQ) est aussi en proie à du bruit électronique qui peut être enregistré, ainsi que sensible à du bruit acoustique extérieur au détecteur. Finalement, des fractures dans le polymère qui tient les gouttelettes en place peut également causer des transitions de phase spontanées. Il faut donc minimiser l’impact de tous ces différents bruit de fond. La pureté du matériel utilisé dans la fabrication des détecteurs devient alors très importante. On fait aussi appel à des méthodes qui impliquent l’utilisation de variables de discrimination développées dans le but d’améliorer les limites d’exclusion de détection du WIMP.

La structure de Jordan des matrices de transfert des modèles de boucles et la relation avec les hamiltoniens XXZ

Les modèles sur réseau comme ceux de la percolation, d’Ising et de Potts servent à décrire les transitions de phase en deux dimensions. La recherche de leur solution analytique passe par le calcul de la fonction de partition et la diagonalisation de matrices de transfert. Au point critique, ces modèles statistiques bidimensionnels sont invariants sous les transformations conformes et la construction de théories des champs conformes rationnelles, limites continues des modèles statistiques, permet un calcul de la fonction de partition au point critique. Plusieurs chercheurs pensent cependant que le paradigme des théories des champs conformes rationnelles peut être élargi pour inclure les modèles statistiques avec des matrices de transfert non diagonalisables. Ces modèles seraient alors décrits, dans la limite d’échelle, par des théories des champs logarithmiques et les représentations de l’algèbre de Virasoro intervenant dans la description des observables physiques seraient indécomposables. La matrice de transfert de boucles D_N(λ, u), un élément de l’algèbre de Temperley- Lieb, se manifeste dans les théories physiques à l’aide des représentations de connectivités ρ (link modules). L’espace vectoriel sur lequel agit cette représentation se décompose en secteurs étiquetés par un paramètre physique, le nombre d de défauts. L’action de cette représentation ne peut que diminuer ce nombre ou le laisser constant. La thèse est consacrée à l’identification de la structure de Jordan de D_N(λ, u) dans ces représentations. Le paramètre β = 2 cos λ = −(q + 1/q) fixe la théorie : β = 1 pour la percolation et √2 pour le modèle d’Ising, par exemple. Sur la géométrie du ruban, nous montrons que D_N(λ, u) possède les mêmes blocs de Jordan que F_N, son plus haut coefficient de Fourier. Nous étudions la non diagonalisabilité de F_N à l’aide des divergences de certaines composantes de ses vecteurs propres, qui apparaissent aux valeurs critiques de λ. Nous prouvons dans ρ(D_N(λ, u)) l’existence de cellules de Jordan intersectorielles, de rang 2 et couplant des secteurs d, d′ lorsque certaines contraintes sur λ, d, d′ et N sont satisfaites. Pour le modèle de polymères denses critique (β = 0) sur le ruban, les valeurs propres de ρ(D_N(λ, u)) étaient connues, mais les dégénérescences conjecturées. En construisant un isomorphisme entre les modules de connectivités et un sous-espace des modules de spins du modèle XXZ en q = i, nous prouvons cette conjecture. Nous montrons aussi que la restriction de l’hamiltonien de boucles à un secteur donné est diagonalisable et trouvons la forme de Jordan exacte de l’hamiltonien XX, non triviale pour N pair seulement. Enfin nous étudions la structure de Jordan de la matrice de transfert T_N(λ, ν) pour des conditions aux frontières périodiques. La matrice T_N(λ, ν) a des blocs de Jordan intrasectoriels et intersectoriels lorsque λ = πa/b, et a, b ∈ Z×. L’approche par F_N admet une généralisation qui permet de diagnostiquer des cellules intersectorielles dont le rang excède 2 dans certains cas et peut croître indéfiniment avec N. Pour les blocs de Jordan intrasectoriels, nous montrons que les représentations de connectivités sur le cylindre et celles du modèle XXZ sont isomorphes sauf pour certaines valeurs précises de q et du paramètre de torsion v. En utilisant le comportement de la transformation i_N^d dans un voisinage des valeurs critiques (q_c, v_c), nous construisons explicitement des vecteurs généralisés de Jordan de rang 2 et discutons l’existence de blocs de Jordan intrasectoriels de plus haut rang.

Nouvelles limites sur la détection directe de la matière sombre avec l’expérience PICASSO

Les observations astronomiques et cosmologiques suggèrent fortement la présence d’une matière exotique, non-relativiste et non-baryonique qui représenterait 26% du contenu de masse-énergie de l’Univers actuel. Cette matière dite sombre et froide serait compo- sée de particules neutres, massives et interagissant faiblement avec la matière ordinaire (WIMP : Weakly Interactive Massive Particles). Le projet PICASSO (Projet d’Identification des CAndidats Supersymétriques de la matière SOmbre) est une des expériences installées dans le site souterrain de SNOLAB à Sudbury en Ontario, qui tente de détecter directement un des candidats de la matière sombre, proposé dans le cadre des extensions supersymétriques du modèle standard : le neutralino. Pour cela, PICASSO utilise des détecteurs à gouttelettes surchauffées de C4F10, basés sur le principe de la chambre à bulles. Les transitions de phase dans les liquides surchauffés peuvent être déclenchées par le recul du 19 F, causé par une collision élastique avec les neutralinos. La nucléation de la gouttelette génère une onde sonore enregistrée par des senseurs piézo-électriques. Cette thèse présentera les récents progrès de l’expérience PICASSO qui ont conduit à une augmentation substantielle de sa sensibilité dans la recherche du neutralino. En effet, de nouvelles procédures de fabrication et de purification ont permis de réduire à un facteur de 10, la contamination majeure des détecteurs, causée par les émetteurs alpha. L’étude de cette contamination dans les détecteurs a permis de localiser la source de ces émetteurs. Les efforts effectués dans le cadre de l’analyse des données, ont permis d’améliorer l’effet de discrimination entre des évènements engendrés par les particules alpha et par les reculs nucléaires. De nouveaux outils d’analyse ont également été implémentés dans le but de discriminer les évènements générés par des particules de ceux générés par des bruits de fond électroniques ou acoustiques. De plus, un mécanisme important de suppression de bruit de fond indésirable à haute température, a permis à l’expérience PICASSO d’être maintenant sensible aux WIMPs de faibles masses.