The transfer of energy between electrons and ions in solids

In this review we consider those processes in condensed matter that involve the irreversible flow of energy between electrons and nuclei that follows from a system being taken out of equilibrium. We survey some of the more important experimental phenomena associated with these processes, followed by a number of theoretical techniques for studying them. The techniques considered are those that can be applied to systems containing many nonequivalent atoms. They include both perturbative approaches (Fermi's Golden Rule and non-equilibrium Green's functions) and molecular dynamics based (the Ehrenfest approximation, surface hopping, semi-classical Gaussian wavefunction methods and correlated electron-ion dynamics). These methods are described and characterized, with indications of their relative merits.

A survey of sidedness in Northern Irish schoolchildren: The interaction of sex, age, and task

The study examined lateral preference in use of hands, feet, eyes, and ears in a group of nearly 5000 schoolchildren in Northern Ireland. Performance tests were carried out by student teachers during their school-based work in 2002 and data were submitted on-line. Six tasks were used-writing, throwing a ball, kicking a ball, hopping, listening to quiet sounds, and looking through a cardboard tube. There was right bias in every task but the extent of it differed between tasks. Males were generally less right biased than females, and younger children less than older ones; for hearing, the changes with age were markedly different in the two sexes, with females showing a strong increase in right bias but males showing none. These observational results do little to illuminate the reasons for the patterns observed.

Dynamics of interacting Dicke model in a coupled-cavity array

We consider the dynamics of an array of mutually interacting cavities, each containing an ensemble of N two-level atoms. By exploring the possibilities offered by ensembles of various dimensions and a range of atom-light and photon-hopping values, we investigate the generation of multisite entanglement, as well as the performance of excitation transfer across the array, resulting from the competition between on-site nonlinearities of the matter-light interaction and intersite photon hopping. In particular, for a three-cavity interacting system it is observed that the initial excitation in the first cavity completely transfers to the ensemble in the third cavity through the hopping of photons between the adjacent cavities. Probabilities of the transfer of excitation of the cavity modes and ensembles exhibit characteristics of fast and slow oscillations governed by coupling and hopping parameters, respectively. In the large-hopping case, by seeding an initial excitation in the cavity at the center of the array, a tripartite W state, as well as a bipartite maximally entangled state, is obtained, depending on the interaction time. Population of the ensemble in a cavity has a positive impact on the rate of excitation transfer between the ensembles and their local cavity modes. In particular, for ensembles of five to seven atoms, tripartite W states can be produced even when the hopping rate is comparable to the cavity-atom coupling rate. A similar behavior of the transfer of excitation is observed for a four-coupled-cavity system with two initial excitations.

Low-energy behavior of strongly interacting bosons on a flat-band lattice above the critical filling factor

Bosons interacting repulsively on a lattice with a flat lowest band energy dispersion may, at sufficiently small filling factors, enter into a Wigner-crystal-like phase. This phase is a consequence of the dispersionless nature of the system, which in turn implies the occurrence of single-particle localized eigenstates. We investigate one of these systems-the sawtooth lattice-filled with strongly repulsive bosons at filling factors infinitesimally above the critical point where the crystal phase is no longer the ground state. We find, in the hard-core limit, that the crystal retains its structure in all but one of its cells, where it is broken. The broken cell corresponds to an exotic kind of repulsively bound state, which becomes delocalized. We investigate the excitation spectrum of the system analytically and find that the bound state behaves as a single particle hopping on an effective lattice with reduced periodicity, and is therefore gapless. Thus, the addition of a single particle to a flat-band system at critical filling is found to be enough to make kinetic behavior manifest.

Electrical conduction and rheological behaviour of composites of poly(epsilon-caprolactone) and MWCNTs

Two mechanisms of conduction were identified from temperature dependent (120 K-340 K) DC electrical resistivity measurements of composites of poly(c-caprolactone) (PCL) and multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs). Activation of variable range hopping (VRH) occurred at lower temperatures than that for temperature fluctuation induced tunneling (TFIT). Experimental data was in good agreement with the VRH model in contrast to the TFIT model, where broadening of tunnel junctions and increasing electrical resistivity at T > T-g is a consequence of a large difference in the coefficients of thermal expansion of PCL and MWCNTs. A numerical model was developed to explain this behavior accounting for a thermal expansion effect by supposing the large increase in electrical resistivity corresponds to the larger relative deformation due to thermal expansion associated with disintegration of the conductive MWCNT network. MWCNTs had a significant nucleating effect on PCL resulting in increased PCL crystallinity and an electrically insulating layer between MWCNTs. The onset of rheological percolation at similar to 0.18 vol% MWCNTs was clearly evident as storage modulus, G' and complex viscosity, vertical bar eta*vertical bar increased by several orders of magnitude. From Cole-Cole and Van Gurp-Palmen plots, and extraction of crossover points (G(c)) from overlaying plots of G' and G '' as a function of frequency, the onset of rheological percolation at 0.18 vol% MWCNTs was confirmed, a similar MWCNT loading to that determined for electrical percolation. 

Exchange between sub-surface and surface oxygen vacancies on CeO2(111):a new surface diffusion mechanism

Using first principles calculations for O vacancy diffusion on CeO2(111), we locate a surface diffusion mechanism, the two-step O vacancy exchange one, which is more favored than the most common hopping mechanism. By analyzing the results, we identify quantitatively the physical origin of why the two-step exchange mechanism is preferred.

Solutions of fourth-order parabolic equation modeling thin film growth

In this paper we study the well-posedness for a fourth-order parabolic equation modeling epitaxial thin film growth. Using Kato's Method [1], [2] and [3] we establish existence, uniqueness and regularity of the solution to the model, in suitable spaces, namelyC⁰([0,T];L^p(Ω)) where  with 1<α<2, n∈N and n≥2. We also show the global existence solution to the nonlinear parabolic equations for small initial data. Our main tools are L_p–L_q-estimates, regularization property of the linear part of e^−tΔ2 and successive approximations. Furthermore, we illustrate the qualitative behavior of the approximate solution through some numerical simulations. The approximate solutions exhibit some favorable absorption properties of the model, which highlight the stabilizing effect of our specific formulation of the source term associated with the upward hopping of atoms. Consequently, the solutions describe well some experimentally observed phenomena, which characterize the growth of thin film such as grain coarsening, island formation and thickness growth.

Linux based mobile: operating systems

Trabalho de Projeto para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Informática e de Computadores

Calculation of the magnetic field penetration depth for high-Tc cuprate superconductors based on the Interlayer Pair Tunneling model /

In this work, the magnetic field penetration depth for high-Tc cuprate superconductors is calculated using a recent Interlayer Pair Tunneling (ILPT) model proposed by Chakravarty, Sudb0, Anderson, and Strong [1] to explain high temperature superconductivity. This model involves a "hopping" of Cooper pairs between layers of the unit cell which acts to amplify the pairing mechanism within the planes themselves. Recent work has shown that this model can account reasonably well for the isotope effect and the dependence of Tc on nonmagnetic in-plane impurities [2] , as well as the Knight shift curves [3] and the presence of a magnetic peak in the neutron scattering intensity [4]. In the latter case, Yin et al. emphasize that the pair tunneling must be the dominant pairing mechanism in the high-Tc cuprates in order to capture the features found in experiments. The goal of this work is to determine whether or not the ILPT model can account for the experimental observations of the magnetic field penetration depth in YBa2Cu307_a7. Calculations are performed in the weak and strong coupling limits, and the efi"ects of both small and large strengths of interlayer pair tunneling are investigated. Furthermore, as a follow up to the penetration depth calculations, both the neutron scattering intensity and the Knight shift are calculated within the ILPT formalism. The aim is to determine if the ILPT model can yield results consistent with experiments performed for these properties. The results for all three thermodynamic properties considered are not consistent with the notion that the interlayer pair tunneling must be the dominate pairing mechanism in these high-Tc cuprate superconductors. Instead, it is found that reasonable agreement with experiments is obtained for small strengths of pair tunneling, and that large pair tunneling yields results which do not resemble those of the experiments.

Anisotropie de la photoluminescence dans des nanostructures organiques chirales autoassemblées

Nous investiguons dans ce travail la dynamique des excitons dans une couche mince d’agrégats H autoassemblés hélicoïdaux de molécules de sexithiophène. Le couplage intermoléculaire (J=100 meV) place ce matériau dans la catégorie des semi-conducteurs à couplage de type intermédiaire. Le désordre énergétique et la forte interaction électronsphonons causent une forte localisation des excitons. Les espèces initiales se ramifient en deux états distincts : un état d’excitons autopiégés (rendement de 95 %) et un état à transfert de charge (rendement de 5%). À température de la pièce (293K), les processus de sauts intermoléculaires sont activés et l’anisotropie de la fluorescence décroît rapidement à zéro en 5 ns. À basse température (14K), les processus de sauts sont gelés. Pour caractériser la dynamique de diffusion des espèces, une expérience d’anisotropie de fluorescence a été effectuée. Celle-ci consiste à mesurer la différence entre la photoluminescence polarisée parallèlement au laser excitateur et celle polarisée perpendiculairement, en fonction du temps. Cette mesure nous donne de l’information sur la dépolarisation des excitons, qui est directement reliée à leur diffusion dans la structure supramoléculaire. On mesure une anisotropie de 0,1 après 20 ns qui perdure jusqu’à 50ns. Les états à transfert de charge causent une remontée de l’anisotropie vers une valeur de 0,15 sur une plage temporelle allant de 50 ns jusqu’à 210 ns (période entre les impulsions laser). Ces résultats démontrent que la localisation des porteurs est très grande à 14K, et qu’elle est supérieure pour les espèces à transfert de charge. Un modèle numérique simple d’équations différentielles à temps de vie radiatif et de dépolarisation constants permet de reproduire les données expérimentales. Ce modèle a toutefois ses limitations, notamment en ce qui a trait aux mécanismes de dépolarisation des excitons.

Validation d’une situation de stimulation suscitant des comportements stéréotypés et des intérêts restreints chez le jeune enfant autiste

Les comportements stéréotypés et les intérêts restreints sont des comportements à valeur diagnostique dans l’autisme. Pourtant, il y a des lacunes en clinique, dans la façon de détecter ces comportements, considérant l’absence d’instruments standardisés les suscitant et en recherche, dans la façon de documenter ces comportements pour arriver à les définir de façon opérationnelle. Cette thèse a pour objectif de mieux documenter, par une situation d’observation, les comportements stéréotypés et les intérêts restreints en bas âge dans l’autisme, et de permettre l’utilisation de cette situation en clinique. Deux étapes préliminaires ont permis de documenter les comportements stéréotypés et les intérêts restreints en bas âge dans l’autisme. La première, l’élaboration d’un questionnaire sur les comportements stéréotypés et les intérêts restreints et les objets qui les déclenchent complété par des experts dans le domaine. Ce questionnaire a permis de construire la grille de cotation et la situation de stimulation. La seconde la construction d’une grille de cotation qui apporte une définition opérationnelle des comportements stéréotypés et des intérêts restreints en bas âge dans l’autisme et vise à les colliger. L’étape principale de la présente recherche consiste en l’élaboration d’une situation de stimulation suscitant des comportements stéréotypés et des intérêts restreints par l’exposition à des objets qui les déclenchent. Cette situation a permis de documenter, par observation, les comportements stéréotypés et les intérêts restreints en bas âge dans l’autisme. La validation de la situation de stimulation a été appliquée auprès de deux groupes d’enfants âgés de 24 à 72 mois appariés en âge chronologique, 21 enfants portant un diagnostic d’autisme et 24 enfants au développement typique Les résultats montrent que la situation de stimulation est un instrument suffisamment sensible pour détecter des comportements stéréotypés et des intérêts restreints en bas âge dans l’autisme et d’identifier des objets d’intérêt. En effet, lors de l’exposition à la situation de stimulation, les enfants autistes se distinguent des enfants typiques sur la base du nombre et de la durée des comportements stéréotypés et des intérêts restreints qu’ils présentent. Les enfants autistes montrent une fréquence significativement plus élevé pour les CSIR suivants: maniérismes des mains et des doigts, crispation des doigts, sautillement, doigts dans la bouche, objets dans la bouche, exploration visuelle: regard rapproché, met les objets en mouvement non circulaire. Les enfants autistes se distinguent également des enfants typiques sur la base de l’exploration des objets, en fréquence et en durée, significativement, pour les objets: Bateau: marteau et balles et lettres et chiffres. Cette étude est la première qui passe par un protocole d’observation systématique, pour documenter les comportements stéréotypés et les intérêts restreints, ainsi que les objets qui les déclenchent, des objets d’intérêt, en bas âge dans l’autisme. Cette situation pourrait ultimement faire partie du processus d’évaluation diagnostique ou de dépistage de l’autisme permettant d’identifier en bas âge des enfants autistes ou à risque d’autisme.

Méthode numérique d'estimation du mouvement des masses molles

L’analyse biomécanique du mouvement humain en utilisant des systèmes optoélectroniques et des marqueurs cutanés considère les segments du corps comme des corps rigides. Cependant, le mouvement des tissus mous par rapport à l'os, c’est à dire les muscles et le tissu adipeux, provoque le déplacement des marqueurs. Ce déplacement est le fait de deux composantes, une composante propre correspondant au mouvement aléatoire de chaque marqueur et une composante à l’unisson provoquant le déplacement commun des marqueurs cutanés lié au mouvement des masses sous-jacentes. Si nombre d’études visent à minimiser ces déplacements, des simulations ont montré que le mouvement des masses molles réduit la dynamique articulaire. Cette observation est faite uniquement par la simulation, car il n'existe pas de méthodes capables de dissocier la cinématique des masses molles de celle de l’os. L’objectif principal de cette thèse consiste à développer une méthode numérique capable de distinguer ces deux cinématiques. Le premier objectif était d'évaluer une méthode d'optimisation locale pour estimer le mouvement des masses molles par rapport à l’humérus obtenu avec une tige intra-corticale vissée chez trois sujets. Les résultats montrent que l'optimisation locale sous-estime de 50% le déplacement des marqueurs et qu’elle conduit à un classement de marqueurs différents en fonction de leur déplacement. La limite de cette méthode vient du fait qu'elle ne tient pas compte de l’ensemble des composantes du mouvement des tissus mous, notamment la composante en unisson. Le second objectif était de développer une méthode numérique qui considère toutes les composantes du mouvement des tissus mous. Plus précisément, cette méthode devait fournir une cinématique similaire et une plus grande estimation du déplacement des marqueurs par rapport aux méthodes classiques et dissocier ces composantes. Le membre inférieur est modélisé avec une chaine cinématique de 10 degrés de liberté reconstruite par optimisation globale en utilisant seulement les marqueurs placés sur le pelvis et la face médiale du tibia. L’estimation de la cinématique sans considérer les marqueurs placés sur la cuisse et le mollet permet d'éviter l’influence de leur déplacement sur la reconstruction du modèle cinématique. Cette méthode testée sur 13 sujets lors de sauts a obtenu jusqu’à 2,1 fois plus de déplacement des marqueurs en fonction de la méthode considérée en assurant des cinématiques similaires. Une approche vectorielle a montré que le déplacement des marqueurs est surtout dû à la composante à l’unisson. Une approche matricielle associant l’optimisation locale à la chaine cinématique a montré que les masses molles se déplacent principalement autour de l'axe longitudinal et le long de l'axe antéro-postérieur de l'os. L'originalité de cette thèse est de dissocier numériquement la cinématique os de celle des masses molles et les composantes de ce mouvement. Les méthodes développées dans cette thèse augmentent les connaissances sur le mouvement des masses molles et permettent d’envisager l’étude de leur effet sur la dynamique articulaire.

Photoconductivity in molecularly doped poly (methylmethacrylate) sandwich cells

Poly(methyl)methacrylate was made photoconducting by molecular doping and the photoconductivity was investigated using modulated photocurrent technique . Low-temperature current-voltage measurements showed that the transport mechanism was thermally activated hopping. An experimental investigation of the photoconductivity action spectrum along with theoretical calculation enabled an estimation of the diffusion coefficient of the material. The presence of states with a distribution of lifetimes could be understood from the frequency response of the photocurrent . The photocurrent was due to the field-assisted dissociation of these states

Photoconductivity in Molecularly Doped Poly (methylmethacrylate)Sandwich Cells

Poly(methyl)methacrylate was made photoconducting by molecular doping and the photoconductivity was investigated using modulated photocurrent technique . Low-temperature current-voltage measurements showed that the transport mechanism was thermally activated hopping. An experimental investigation of the photoconductivity action spectrum along with theoretical calculation enabled an estimation of the diffusion coefficient of the material. The presence of states with a distribution of lifetimes could be understood from the frequency response of the photocurrent . The photocurrent was due to the field-assisted dissociation of these states.

Strategies for Inverse Profiling of Two Dimensional Dielectric Scatterers Using Electromagnetic Illumination

Electromagnetic tomography has been applied to problems in nondestructive evolution, ground-penetrating radar, synthetic aperture radar, target identification, electrical well logging, medical imaging etc. The problem of electromagnetic tomography involves the estimation of cross sectional distribution dielectric permittivity, conductivity etc based on measurement of the scattered fields. The inverse scattering problem of electromagnetic imaging is highly non linear and ill posed, and is liable to get trapped in local minima. The iterative solution techniques employed for computing the inverse scattering problem of electromagnetic imaging are highly computation intensive. Thus the solution to electromagnetic imaging problem is beset with convergence and computational issues. The attempt of this thesis is to develop methods suitable for improving the convergence and reduce the total computations for tomographic imaging of two dimensional dielectric cylinders illuminated by TM polarized waves, where the scattering problem is defmed using scalar equations. A multi resolution frequency hopping approach was proposed as opposed to the conventional frequency hopping approach employed to image large inhomogeneous scatterers. The strategy was tested on both synthetic and experimental data and gave results that were better localized and also accelerated the iterative procedure employed for the imaging. A Degree of Symmetry formulation was introduced to locate the scatterer in the investigation domain when the scatterer cross section was circular. The investigation domain could thus be reduced which reduced the degrees of freedom of the inverse scattering process. Thus the entire measured scattered data was available for the optimization of fewer numbers of pixels. This resulted in better and more robust reconstructions of the scatterer cross sectional profile. The Degree of Symmetry formulation could also be applied to the practical problem of limited angle tomography, as in the case of a buried pipeline, where the ill posedness is much larger. The formulation was also tested using experimental data generated from an experimental setup that was designed. The experimental results confirmed the practical applicability of the formulation.