Real-space grids and the Octopus code as tools for the development of new simulation approaches for electronic systems

Real-space grids are a powerful alternative for the simulation of electronic systems. One of the main advantages of the approach is the flexibility and simplicity of working directly in real space where the different fields are discretized on a grid, combined with competitive numerical performance and great potential for parallelization. These properties constitute a great advantage at the time of implementing and testing new physical models. Based on our experience with the Octopus code, in this article we discuss how the real-space approach has allowed for the recent development of new ideas for the simulation of electronic systems. Among these applications are approaches to calculate response properties, modeling of photoemission, optimal control of quantum systems, simulation of plasmonic systems, and the exact solution of the Schrödinger equation for low-dimensionality systems.

Resposta do Olival Intensivo e Super-Intensivo a Dois Regimes de Rega: Parâmetros Fisiológicos, Produção e Qualidade

O olival de regadio tem tido grande expansão nos últimos anos no Alentejo, sendo a administração da rega mais adequada às necessidades hídricas um dos fatores determinantes da sua boa gestão. No presente trabalho, avaliou-se a resposta de duas variedades de Olea europaea, Cobrançosa e Arbequina, em regime intensivo e super- intensivo, respetivamente, a duas dotações de rega, a normalmente utilizada pelo agricultor (RA) e outra experimental, com dotações acima (RA+) ou abaixo (RA−) das praticados em RA. Mediram-se os principais parâmetros hídricos das plantas e o teor em clorofilas, e registou-se a assinatura espectral em folhas adultas e jovens, ao meio- dia solar, em três épocas do ano, primavera, final do verão e inverno de 2011. Em Outubro foi feita a colheita, tendo-se quantificado a produção em termos de produção total e teor de óleo na matéria seca, e a qualidade do azeite em termos de acidez e oxidação. Face aos resultados, conclui-se que no olival intensivo de Cobrançosa, na rega experimental (RA+), acima da praticada pelo agricultor, não se verificou diferenças significativas na produção total nem no teor de óleo na matéria seca. Não se verificaram também diferenças significativas entre as regas nos parâmetros hídricos avaliados. Quanto ao olival super-intensivo de Arbequina, a rega experimental (RA−), deficitária relativamente à do agricultor (RA), acarretou menor produção, associada a menor teor relativo de água nas folhas, potenciais hídricos mais negativos e menor condutância estomática no final do verão e inverno, mantendo-se no entanto o teor de óleo nos frutos. O teor em clorofilas e alguns índices de vegetação foram influenciados pelo regime de rega apenas em algumas das datas. Nos dois olivais, as regas experimentais não influenciaram a qualidade do azeite, tendo-se obtido azeites extra virgem com propriedades semelhantes aos das modalidades RA. O estudo prossegue em 2012.

Pegada hídrica de um olival super-intensivo sob clima mediterrânico, utilizando medições de campo e deteção remota

A pegada hídrica de uma cultura representa o volume de água necessário para produzir, relacionando as necessidades hídricas da cultura com a produção. As suas componentes, pegadas hídricas azul, verde e cinzenta, referem-se respectivamente aos volumes de água superficial e subterrânea, precipitação e de água necessária para assimilar a poluição utilizados pela cultura. A determinação das pegadas hídricas azul e verde é normalmente conseguida através da estimativa da evapotranspiração cultural, aplicando coeficientes culturais a uma evapotranspiração de referência, calculada a partir de dados meteorológicos. No presente estudo foram utilizadas medições da evapotranspiração para estimar a pegada hídrica de um olival super-intensivo na região de Évora. As necessidades hídricas foram medidas utilizando um método de fluxo de seiva para determinar a transpiração e o método micrometeorológico das flutuações instantâneas para medir directamente a evapotranspiração. Esta técnica foi utilizada durante um período de tempo limitado, enquanto as medições do fluxo de seiva, que foram efectuadas para períodos alargados, permitiram a extensão dos registos. A evapotranspiração medida directamente apresentou valores de cerca de 3 mm d-1 e o quociente entre evapotranspiração real e evapotranspiração de referência é próximo de 0,6 para o mesmo período. Comparou-se a estimativa da pegada hídrica obtida com o procedimento habitual com a resultante de medições in-situ e utilizando técnicas de deteção remota. A pegada hídrica do olival sob estudo foi inferior às simulações encontradas na literatura, o que pode ser explicado por diferenças na densidade de plantação, produção e gestão da rega. O olival em estudo obteve uma produção elevada, com um azeite que preencheu as características essenciais à classificação de azeite extra virgem, o mais valorizado, o que contraria o efeito do elevado consumo de água, resultando numa pegada hídrica inferior à de olivais não regados ou com menor densidade de plantação.

Portuguese Adaptation of Students Engagement in Schools International Scale (SESIS)

The importance of student’s engagement has been recently pointed out in research. However, there has been a lack of engagement assessment instrument, pertaining psychometric qualities. Objective: This paper presents the Portuguese adaptation of the “Student’s Engagement in School International Scale” (SESIS), drawn up from a12 countries international study (Lam et al., 2012; Lam et al., in press). Method: Psychometric properties of this scale were examined with data from 685 students from different grades (6th, 7th, 9th and 10th), from both sexes, and different regions of the country. Results: Factorial analysis of the results, with varimax rotation, lead to three different factors which explain 50.88% of the variance. The scale integrates the original 33 items, and cognitive, affective and behavioural dimensions. For the external validity study, the relationship between student’s engagement in school results and other school variables — academic performance, self-concept — was considered, and significant relations were observed, as expected. Conclusion: The data presented highlights the qualities of SESIS, as well as its usefulness for research purposes. Suggestion: It is suggested the investigation of the extension of SESIS’s three-dimensionality, in future studiesKeywords: Innovation, technology, research projects, etc. [Arial 10-point, justified alignment].

STUDENT’ S ENGAGEMENT IN SCHOOL: A LITERATURE REVIEW

Students’ Engagement in School has been the focus of debate concerning academic success and school dropout, and pointed out as a mean to address the problems affecting our schools and their students, not only for having value in itself, but also for being an important mediator between several academic variables. This paper reviews the research and literature on this concept and its relations with personal and contextual variables, as well as with academic performance, with the aim of summarizing the main relationships found. Literature presents a significant number of studies which sustain that personal variables, such as self-efficacy and self-concept, as well as contextual - peers, school, family- are related with school engagement. The adoption of mastery goals, for instance, has a positive impact on school, as they are related with the use of cognitive and self-regulatory strategies by students. Positive relationships with peers, teachers support and the quality of family relations are associated with higher levels of engagement and academic performance, while negative experiences, such as bullying, are related with educational difficulties. Following this, we reflect about the relevance of studying engagement in school, in the context of widespread financial crisis, and emphasize the need to rethink educational institutions considering the paradigmatic changes that currently occur.

Students´ Engagement In Schools: Differentiation and Promotion

The objective of this work is to present elements of the project Student engagement in Schools (SES). The team consists of 10 researchers from six Universities. Student engagement in schools is a multidimensional construct that unites affective, behavioural, and cognitive dimensions of student adaptation in the school and has influence on students‘outcomes. The team of researchers conceptualized two major studies, a differential study to analyze the relations between SES and contextual factors, personal factors, student’s outcomes, and a quasi-experimental study to analyze the effects on SES of a specific intervention programmes. In study 1, the sample size is around 600 students (150 6th graders, 150 7th graders, 150 9th graders, and 150 10th graders). We shall focus on years of school transition, with rural and urban populations, on different regions of the country, and on students with different family background. We shall conduct questionnaires with national and international scales. The study 2 will involve students in 7th and 9th grade, from four classes, two of the experimental group and two of the control group. Patterns of verbal communications between a teacher and students can influence the classroom environment and SES. This model of communication would result in more effective student management and more time on-task for learning.

Portuguese Adaptation of Students Engagement in Schools International Scale (Sesis)

The importance of student’s engagement has been recently pointed out in research. However, there has been a lack of engagement assessment instruments, showing psychometric qualities, such as reliability and validity. Objective: This paper presents the Portuguese adaptation of the “Student’s Engagement in Schools International Scale” (SESIS), drawn up from 12 countries international study (Lam et al., 2012; Lam et al., in press). Method: Psychometric properties of this scale were examined using data from 685 students, of both sexes, and from different grades (6th, 7th, 9th and 10th), and regions of the country. Results: Factorial analysis of the results, with varimax rotation, conducted to three different factors which explain 62,19% of the variance. The scale integrates the original 33 items, and cognitive, affective and behavioural dimensions. For the external validity study, the relationship between student’s engagement in school results and other school variables — academic performance, school conduct — was considered, and significant relations were observed, as expected. Conclusion: The data presented highlights the qualities of SESIS, as well as its usefulness for research purpose. Suggestion: It is suggested the investigation of the extension of SESIS’s three-dimensionality, in future studies

Envolvimento dos Alunos na Escola: Conceito e Relação com o Desempenho Académico - Sua Importância na Formação de Professores

O conceito de envolvimento dos alunos na escola tem vindo a ser colocado no cerne das discussões relacionadas com o sucesso académico e com o abandono escolar. Este estudo faz uma revisão de literatura acerca deste conceito e das suas relações com o desempenho académico, destacando a sua importância no âmbito da formação de professores. Vários estudos sustentam que a falta de envolvimento dos alunos aparece associada ao baixo desempenho académico, a problemas de comportamento e ao abandono escolar. O envolvimento dos alunos na escola apresenta-se, na literatura revista, como uma resposta eficaz para os problemas que afetam as escolas e os seus alunos, como um aspeto a ter em conta na prevenção de padrões de comportamento problemático em contexto escolar e, portanto, como um conceito transdisciplinar de elevada importância na formação de professores.

Channel and frequency offset estimation schemes for multicarrier systems

O presente trabalho aborda o problema da estimação de canal e da estimação de desvio de frequência em sistemas OFDM com múltiplas configurações de antenas no transmissor e no receptor. Nesta tese é apresentado o estudo teórico sobre o impacto da densidade de pilotos no desempenho da estimação de canal em sistemas OFDM e são propostos diversos algoritmos para estimação de canal e estimação de desvio de frequência em sistemas OFDM com antenas únicas no transmissor e receptor, com diversidade de transmissão e MIMO. O estudo teórico culmina com a formulação analítica do erro quadrático médio de um estimador de canal genérico num sistema OFDM que utilize pilotos dedicados, distribuidos no quadro transmitido em padrões bi-dimensionais. A formulação genérica é concretizada para o estimador bi-dimensional LS-DFT, permitindo aferir da exactidão da formulação analítica quando comparada com os valores obtidos por simulação do sistema abordado. Os algoritmos de estimação investigados tiram partido da presença de pilotos dedicados presentes nos quadros transmitidos para estimar com precisão os parâmetros pretendidos. Pela sua baixa complexidade, estes algoritmos revelam-se especialmente adequados para implementação em terminais móveis com capacidade computacional e consumo limitados. O desempenho dos algoritmos propostos foi avaliado por meio de simulação do sistema utilizado, recorrendo a modelos aceites de caracterização do canal móvel multipercurso. A comparação do seu desempenho com algoritmos de referência permitir aferir da sua validade. ABSTRACT: The present work focus on the problem of channel estimation and frequency offset estimation in OFDM systems, with different antenna configurations at both the transmitter and the receiver. This thesis presents the theoretical study of the impact of the pilot density in the performance of the channel estimation in OFDM systems and proposes several channel and frequency offset algorithms for OFDM systems with single antenna at both transmitter and receiver, with transmitter diversity and MIMO. The theoretical study results in the analytical formulation of the mean square error of a generic channel estimator for an OFDM system using dedicated pilots, distributed in the transmitted frame in two-dimensional patterns. The generic formulation is implemented for the two-dimensional LS-DFT estimator to verify the accuracy of the analytical formulation when compared with the values obtained by simulation of the discussed system. The investigated estimation algorithms take advantage of the presence of dedicated pilots present in the transmitted frames to accurately estimate the required parameters. Due to its low complexity, these algorithms are especially suited for implementation in mobile terminals with limited processing power and consumption. The performance of the proposed algorithms was evaluated by simulation of the used system, using accepted multipath mobile channel models. The comparison of its performance with the one of reference algorithms measures its validity.

Metrologia óptica com fibra polimérica

O presente trabalho teve por objectivo global o estudo e desenvolvimento de sensores baseados em fibra óptica polimérica. O crescimento da tecnologia polimérica nos últimos anos permitiu a introdução deste tipo de fibras ópticas na área das telecomunicações e no desenvolvimento de sensores. As vantagens associadas à metrologia óptica com fibra polimérica têm vindo a atrair as atenções da comunidade científica dado que permitem o desenvolvimento de sistemas de baixo-custo ou custo competitivo face às tecnologias convencionais. Dada a actualidade do tema proposto, descreve-se, numa primeira fase, a tecnologia em fibra óptica polimérica existente no mercado e o estado de arte de sensores em fibra óptica polimérica. Segue-se a descrição de dois tipos de sensores baseados em modulação de intensidade. Projectou-se um sensor extrínseco capaz de avaliar a quantidade de luz dispersa e absorvida por partículas suspensas num líquido. Foi efectuada a caracterização do sensor quanto à concentração de partículas suspensas, tamanho e reflectividade. O sensor foi testado no âmbito da monitorização ambiental, designadamente, na análise de turbidez em amostras de sedimentos recolhidos em áreas ardidas. O sistema desenvolvido foi comparado com um sistema comercial. Um sensor intrínseco, baseado no polimento lateral de fibra óptica polimérica, foi analisado analiticamente. O modelo teórico avalia o sensor em diferentes condições de macroencurvamento e de índice de refracção do meio envolvente. O modelo teórico foi validado positivamente através de resultados experimentais. Foi avaliada a sensibilidade à temperatura e os conhecimentos adquiridos foram aplicados no desenvolvimento de um sistema capaz de monitorizar a cura de diferentes materiais. É ainda apresentada uma técnica para melhorar a sensibilidade do sensor de curvatura através da aplicação de um revestimento na zona sensível. A dependência na curvatura da potência transmitida por uma fibra óptica polida lateralmente serviu de base ao desenvolvimento de uma joelheira e de uma cotoveleira instrumentada, capazes de avaliar quantitativamente o movimento articular. A necessidade de portabilidade levou ao desenvolvimento de um sistema sem fios para aquisição e transmissão de dados. Espera-se que os protótipos desenvolvidos venham a ter um impacto significativo em sistemas futuros aplicados à medicina física e reabilitação.

Polioxometalatos: dos agregados moleculares a redes e materiais

Esta dissertação teve como objectivo principal a preparação de novos materiais luminescentes contendo lantanopolioxometalatos. Foram utilizados polioxometalatos (POMs) do tipo Keggin, Wells-Dawson e [Ln(M5O18)2]9- com M (VI) = W, Mo contendo diferentes iões lantanídeo. Foram sintetizados materiais híbridos orgânico-inorgânicos com base em lantanopolioxometalatos e ligandos orgânicos. O efeito da coordenação destes ligandos orgânicos na luminescência dos iões lantanídeo (efeito de antena) foi investigado para os ácidos picolínico e 3-hidroxipicolínico. Os estudos de fotoluminescência destes materiais permitiram mostrar a existência de um processo de sensitização da emissão dos iões lantanídeo através de fenómenos de transferência de energia dos ligandos e do POM para o centro emissor. No caso particular dos materiais híbridos contendo POMs do tipo Wells-Dawson, a introdução do ligando orgânico levou à intensificação da absorção de energia através do POM, a qual era praticamente inexistente nos correspondentes lantanopolioxometalatos. Prepararam-se nanocompósitos do tipo “core/shell” contendo POMs e híbridos orgânico-inorgânicos como núcleo rodeados por uma camada de sílica. Os nanocompósitos preparados apresentam uma estrutura “core/shell” bem definida com um diâmetro médio de aproximadamente 35 nm. As técnicas de microscopia electrónica, nomeadamente o mapeamento por EDX, permitiram confirmar a presença dos POMs no núcleo das nanopartículas de sílica. A biofuncionalização destes nanocompósitos com um anticorpo foi estudada, com vista à potencial aplicação destes sistemas como biomarcadores ópticos. Os estudos de microscopia de fluorescência permitiram observar a emissão do Eu3+ presente nas nanopartículas biofuncionalizadas com o anticorpo, utilizando excitação na zona do ultravioleta. Estes resultados reforçam a viabilidade da aplicação destes sistemas como marcadores celulares em alternativa a “quantum dots” e corantes orgânicos. No âmbito dos nanomateriais, foi também preparado um material constituído por partículas de Na9[Eu(W5O18)2] de dimensões nanométricas, utilizando micelas invertidas como nanoreactores, de forma a limitar o tamanho das partículas. Foi realizada a preparação de novos materiais lamelares luminescentes por intercalação de POMs e respectivos materiais híbridos em argilas aniónicas de zinco e alumínio. A intercalação foi realizada através de um método de troca aniónica directa usando uma argila contendo nitrato como anião precursor. O estudo por difracção de raios-X revelou-se uma técnica fundamental na caracterização destes materiais, nomeadamente através da determinação da altura de galeria. A partir deste parâmetro foi possível verificar a orientação da espécie intercalada na argila. No caso da intercalação do anião do tipo Keggin, o estudo por RMN de 31P MAS permitiu identificar a espécie intercalada na argila. As propriedades de luminescência foram estudadas para a generalidade dos novos materiais preparados.

Desenvolvimento local: estratégias e competitividade

O tema desta tese relaciona-se com a qualificação das estratégias de desenvolvimento municipais. A emergência do planeamento territorial estratégico, como alternativa ou suplemento ao planeamento físico tradicional, reintroduziu o debate sobre a capacidade de o planeamento territorial influenciar trajectórias de desenvolvimento descentralizadas. A investigação segue, em termos teóricos e empíricos, duas linhas de inquirição: uma, relativa aos desafios colocados pelas premissas metodológicas e operativas da abordagem estratégica em planeamento territorial; a outra, diz respeito às implicações da actualização da agenda que acompanharam a emergência da abordagem estratégica, incidindo designadamente sobre a questão da competitividade territorial. A primeira lida com a validade intrínseca da abordagem estratégica e a forma como esta confronta as práticas tradicionais dominantes no planeamento territorial, em particular em Portugal. É feita uma análise do debate e dos resultados de experiências recentes em planeamento territorial estratégico e uma reflexão sobre a forma como estas podem influenciar o estabelecimento de novos referenciais para a intervenção dos sistemas de planeamento. A segunda pretende aprofundar o conhecimento sobre as competências necessárias ao planeamento, para a gestão de processos descentralizados de promoção da competitividade, e avaliar o alcance dos resultados obtidos até agora e as limitações associadas à concretização daquele objectivo. Argumenta-se que algumas das mais significativas exigências conceptuais da perspectiva estratégica de intervenção sobre o território são tratadas com ligeireza, ao mesmo tempo que, no contexto da definição de um quadro de avaliação do planeamento territorial estratégico, se espera contribuir para uma reavaliação do papel que cabe ao plano, enquanto instrumento de referência e de motivação para a acção em planeamento. Na outra parte da investigação, relativa à actualização da agenda de planeamento, é feita uma análise crítica da noção de competitividade Territorial. Usando contributos disciplinares da economia regional, da geografia económica, da sociologia económica e dos sistemas territoriais de inovação desenvolve-se um quadro conceptual que procura pôr em evidência a convergência entre as capacidades de uma prática qualificada de planeamento territorial estratégico e as necessidades e requisitos dos processos de desenvolvimento local. A análise de um conjunto de experiências municipais de concepção e implementação de planos estratégicos, representando realidades locais bastante heterogéneas em termos de dinâmica económica e de capacidades institucionais, é usada para avaliar alguns dos principais aspectos levantados em cada uma das linhas sob investigação.

Optical fiber accelerometer system for structural dynamic monitoring

In this study, the implementation of an optical accelerometer unit based on fiber Bragg gratings, suitable to monitor structures with frequencies up to 45 Hz, is reported. The developed optical system was used to estimate the structure eigenfrequencies of a steel footbridge, with a total length of 300 m, over the Sao Pedro Creek, located at University of Aveiro Campus, in Portugal. The acceleration records measured with this solution are compared with those obtained by traditional commercial electronic devices, revealing a root-mean-square error of 2.53 x 10(-5) G.

Sensores de Bragg para bioaplicações

Nas últimas décadas, os sensores de Bragg têm sido frequentemente utilizados em inúmeras aplicações, em resultado das características únicas desta tecnologia. Contudo, a comunidade científica tem feito um esforço contínuo em desenvolver sensores que respondam tanto quanto possível aos requisitos e interesses de cada aplicação em particular. As bioaplicações são um campo de crescente interesse pelos sensores de Bragg, atendendo à heterogeneidade e complexidade dos meios de análise em questão. No âmbito desta dissertação foi realizada uma análise teórica dos princípios de funcionamento das redes de Bragg, focada em redes uniformes e inclinadas. Foi também descrito o processo de produção de redes de Bragg regeneradas. Redes de Bragg uniformes foram aplicadas na caracterização da reacção de polimerização e cura de materiais dentários, nomeadamente resina para base de dentadura, cimentos e gessos. Foi feita uma análise comparativa do desempenho de diferentes tipos de cimentos e gessos. Em relação ao gesso foi ainda avaliada a influência do rácio água/pó nas propriedades do material. Devido à importância que o índice de refracção tem na detecção de substâncias, doenças e controlo de qualidade de produtos, foi desenvolvido um sensor de índice de refracção baseado numa rede de Bragg inclinada. Implementaram-se também sensores para medição simultânea de índice de refracção e deformação, índice de refracção e temperatura e índice de refracção, deformação e temperatura, todos baseados numa única rede inclinada. O último dispositivo foi validado em ambiente laboratorial. Com o propósito de desenvolver um sensor baseado em redes de Bragg para monitorização da deformação óssea, foi avaliada a biocompatibilidade da fibra óptica em cultura de células osteoblásticas, e analisada a integridade física e funcionalidade da rede de Bragg nesse meio. O interesse em aumentar a sensibilidade e alargar a gama de trabalho dos sensores conduziu ao revestimento das fibras ópticas. Atendendo ao potencial índole biológica e biomédica do trabalho, usou-se como material de recobrimento o diamante, dada a excelente resposta em termos de biocompatibilidade, resistência à corrosão, não toxicidade e afinidade para espécies químicas e biológicas. Os filmes foram obtidos por deposição química a partir da fase vapor assistida por filamento quente. Para além de amostras de fibra óptica, foram revestidas redes de Bragg uniformes e regeneradas. Os sensores revestidos com diamante foram caracterizados à deformação e à temperatura.

Photonic devices for optical and RF signal processing

O presente trabalho tem por objectivo o estudo de novos dispositivos fotónicos aplicados a sistemas de comunicações por fibra óptica e a sistemas de processamento de sinais RF. Os dispositivos apresentados baseiam-se em processamento de sinal linear e não linear. Dispositivos lineares ópticos tais como o interferómetro de Mach-Zehnder permitem adicionar sinais ópticos com pesos fixos ou sintonizáveis. Desta forma, este dispositivo pode ser usado respectivamente como um filtro óptico em amplitude com duas saídas complementares, ou, como um filtro óptico de resposta de fase sintonizável. O primeiro princípio de operação serve como base para um novo sistema fotónico de medição em tempo real da frequência de um sinal RF. O segundo princípio de operação é explorado num novo sistema fotónico de direccionamento do campo eléctrico radiado por um agregado de antenas, e também num novo compensador sintonizável de dispersão cromática. O processamento de sinal é não linear quando sinais ópticos são atrasados e posteriormente misturados entre si, em vez de serem linearmente adicionados. Este princípio de operação está por detrás da mistura de um sinal eléctrico com um sinal óptico, que por sua vez é a base de um novo sistema fotónico de medição em tempo real da frequência de um sinal RF. A mistura de sinais ópticos em meios não lineares permite uma operação eficiente numa grande largura espectral. Tal operação é usada para realizar conversão de comprimento de onda sintonizável. Um sinal óptico com multiplexagem no domínio temporal de elevada largura de banda é misturado com duas bombas ópticas não moduladas com base em processos não lineares paramétricos num guia de ondas de niobato de lítio com inversão periódica da polarização dos domínios ferroeléctricos. Noutro trabalho, uma bomba pulsada em que cada pulso tem um comprimento de onda sintonizável serve como base a um novo conversor de sinal óptico com multiplexagem no domínio temporal para um sinal óptico com multiplexagem no comprimento de onda. A bomba é misturada com o sinal óptico de entrada através de um processo não linear paramétrico numa fibra óptica com parâmetro não linear elevado. Todos os dispositivos fotónicos de processamento de sinal linear ou não linear propostos são experimentalmente validados. São também modelados teoricamente ou através de simulação, com a excepção dos que envolvem mistura de sinais ópticos. Uma análise qualitativa é suficiente nestes últimos dispositivos.