Signatures of Topological Superconductors

Topological superconductors are particularly interesting in light of the active ongoing experimental efforts for realizing exotic physics such as Majorana zero modes. These systems have excitations with non-Abelian exchange statistics, which provides a path towards topological quantum information processing. Intrinsic topological superconductors are quite rare in nature. However, one can engineer topological superconductivity by inducing effective p-wave pairing in materials which can be grown in the laboratory. One possibility is to induce the proximity effect in topological insulators; another is to use hybrid structures of superconductors and semiconductors.

The proposal of interfacing s-wave superconductors with quantum spin Hall systems provides a promising route to engineered topological superconductivity. Given the exciting recent progress on the fabrication side, identifying experiments that definitively expose the topological superconducting phase (and clearly distinguish it from a trivial state) raises an increasingly important problem. With this goal in mind, we proposed a detection scheme to get an unambiguous signature of topological superconductivity, even in the presence of ordinarily detrimental effects such as thermal fluctuations and quasiparticle poisoning. We considered a Josephson junction built on top of a quantum spin Hall material. This system allows the proximity effect to turn edge states in effective topological superconductors. Such a setup is promising because experimentalists have demonstrated that supercurrents indeed flow through quantum spin Hall edges. To demonstrate the topological nature of the superconducting quantum spin Hall edges, theorists have proposed examining the periodicity of Josephson currents respect to the phase across a Josephson junction. The periodicity of tunneling currents of ground states in a topological superconductor Josephson junction is double that of a conventional Josephson junction. In practice, this modification of periodicity is extremely difficult to observe because noise sources, such as quasiparticle poisoning, wash out the signature of topological superconductors. For this reason, We propose a new, relatively simple DC measurement that can compellingly reveal topological superconductivity in such quantum spin Hall/superconductor heterostructures. More specifically, We develop a general framework for capturing the junction's current-voltage characteristics as a function of applied magnetic flux. Our analysis reveals sharp signatures of topological superconductivity in the field-dependent critical current. These signatures include the presence of multiple critical currents and a non-vanishing critical current for all magnetic field strengths as a reliable identification scheme for topological superconductivity.

This system becomes more interesting as interactions between electrons are involved. By modeling edge states as a Luttinger liquid, we find conductance provides universal signatures to distinguish between normal and topological superconductors. More specifically, we use renormalization group methods to extract universal transport characteristics of superconductor/quantum spin Hall heterostructures where the native edge states serve as a lead. Interestingly, arbitrarily weak interactions induce qualitative changes in the behavior relative to the free-fermion limit, leading to a sharp dichotomy in conductance for the trivial (narrow superconductor) and topological (wide superconductor) cases. Furthermore, we find that strong interactions can in principle induce parafermion excitations at a superconductor/quantum spin Hall junction.

As we identify the existence of topological superconductor, we can take a step further. One can use topological superconductor for realizing Majorana modes by breaking time reversal symmetry. An advantage of 2D topological insulator is that networks required for braiding Majoranas along the edge channels can be obtained by adjoining 2D topological insulator to form corner junctions. Physically cutting quantum wells for this purpose, however, presents technical challenges. For this reason, I propose a more accessible means of forming networks that rely on dynamically manipulating the location of edge states inside of a single 2D topological insulator sheet. In particular, I show that edge states can effectively be dragged into the system's interior by gating a region near the edge into a metallic regime and then removing the resulting gapless carriers via proximity-induced superconductivity. This method allows one to construct rather general quasi-1D networks along which Majorana modes can be exchanged by electrostatic means.

Apart from 2D topological insulators, Majorana fermions can also be generated in other more accessible materials such as semiconductors. Following up on a suggestion by experimentalist Charlie Marcus, I proposed a novel geometry to create Majorana fermions by placing a 2D electron gas in proximity to an interdigitated superconductor-ferromagnet structure. This architecture evades several manufacturing challenges by allowing single-side fabrication and widening the class of 2D electron gas that may be used, such as the surface states of bulk semiconductors. Furthermore, it naturally allows one to trap and manipulate Majorana fermions through the application of currents. Thus, this structure may lead to the development of a circuit that enables fully electrical manipulation of topologically-protected quantum memory. To reveal these exotic Majorana zero modes, I also proposed an interference scheme to detect Majorana fermions that is broadly applicable to any 2D topological superconductor platform.

An investigation of a method of underwater propulsion by direct gas injection

This report presents the results of an investigation of a method of underwater propulsion. The propelling system utilizes the energy of a small mass of expanding gas to accelerate the flow of a large mass of water through an open ended duct of proper shape and dimensions to obtain a resultant thrust. The investigation was limited to making a large number of runs on a hydroduct of arbitrary design, varying between wide limits the water flow and gas flow through the device, and measuring the net thrust caused by the introduction and expansion of the gas.

In comparison with the effective exhaust velocity of about 6,000 feet per second observed in rocket motors, this hydroduct model attained a maximum effective exhaust velocity of more than 27,000 feet per second, using nitrogen gas. Using hydrogen gas, effective exhaust velocities of 146,000 feet per second were obtained. Further investigation should prove this method of propulsion not only to be practical but very efficient.

This investigation was conducted at Project No. 1, Guggenheim Aeronautical Laboratory, California Institute of Technology, Pasadena, California.

A Unifying model of strategic network formation

Documento de trabajo

Copépodos calanoideos marinos del área de Mar del Plata con la descripción de Pontella marplatensis n.sp

This paper deals with the Calanoidean Copepod of the Mar del Plata area (Province of Buenos Aires, Argentina) which were obtained in 71 starions during 5 oceanographic cruises performed on April, August-September and December, 1963 and on March and May, 1964. The area under study ranges from 37°20' to 38°45' L.S. and from 56°30' to 58°10' L.W. The samples were gathered from coastal, surface waters. Quantitative data could not be obtaine, except for and estimation of the time of flow through the plakton net. A total of 13 species of Calanoid Copepods were found. The species found were described, and drawings were made of those structures wich ere considered of taxonomic value. Data were included on the geographic distribution, with emphasis on South Atlantic and areas Antarctic.

NÃO ESTOU SÓ: o uso dos celulares e a cultura de consumo na ficação de jovens do Rio de Janeiro

O objetivo dessa pesquisa foi analisar como se dão as relações afetivas através da socialização de jovens cariocas de classe média da zona sul do Rio de Janeiro, estabelecidas através do contato por telefonia celular. Com isso, foi possível verificar as novas dinâmicas na subjetividade contemporânea, pautadas na cultura de consumo, a partir da apropriação desse conjunto de tecnologias da comunicação, nas relações sociais e afetivas, em especial na ficação, além das relações entre amigos e namorados. Parto do pressuposto de que os indivíduos contemporâneos estão se apropriando, em larga escala, das tecnologias de comunicação, tornando cotidiana e corriqueira a efetuação de contatos sociais intermediados por tais artefatos tecnológicos. Para este estudo, utilizei como metodologia uma compilação de etnografias (visto que cada antropólogo organiza no campo a sua etnografia), para que fosse possível o acesso de diversas nuanças das relações afetivas em territórios privados e íntimos dos jovens que participaram deste estudo através de entrevistas e observação participante. Constatei que eles se apropriaram do celular como conjunto de tecnologias de comunicação pessoal portáteis e, em especial, das mensagens de texto como uma forma de manutenção e ampliação das relações afetivas através de estratégias de performance que possibilitam: seduzir concomitantemente diversas pessoas com mínimo investimento afetivo e exposição e máximo aproveitamento no tocante a estímulos de sedução; manter registros afetivos regulares entre namorados, independente de onde e do que estejam fazendo, visto que as mensagens podem ficar armazenadas e serem acessadas com discrição mesmo em lugares e situações em que seria inapropriado falar por telefone; registrar memórias afetivas, em virtude de no celular poder ser armazenado e revisto um grande número de dados que se tornam marcos de referência de situações amorosas; estimular recordações de emoções vivenciadas em cada situação e; marcar encontros de sociabilização entre amigos com o mínimo investimento de tempo e baixo custo de comunicação e máxima eficiência na recepção do conteúdo informacional. Dentro deste cenário, verifiquei que a dinâmica social gerada possivelmente reflete em mudanças nas formas com que os relacionamentos afetivos são mantidos e ampliados, favorecendo com isso a constituição de novas subjetividades.

River-based artificial propagation of the African catfish Clarias gariepinus: an option for the small fish farmer

A cheap method of propagating the African catfish, Clarias gariepinus, by incubating the fertilized eggs in a cage placed directly in a flowing river is described. Hatching ranged between 39 and 70%. This is not significantly different from the commonly used water recirculating flow through system. The economic advantages of the river hatching method are discussed with special emphasis on the rural fish farmers.

Um modelo físico-matemático para escoamentos em meios porosos com transição insaturado-saturado.

Neste trabalho é apresentada uma nova modelagem matemática para a descrição do escoamento de um líquido incompressível através de um meio poroso rígido homogêneo e isotrópico, a partir do ponto de vista da Teoria Contínua de Misturas. O fenômeno é tratado como o movimento de uma mistura composta por três constituintes contínuos: o primeiro representando a matriz porosa, o segundo representando o líquido e o terceiro representando um gás de baixíssima densidade. O modelo proposto possibilita uma descrição matemática realista do fenômeno de transição insaturado/saturado a partir de uma combinação entre um sistema de equações diferenciais parciais e uma desigualdade. A desigualdade representa uma limitação geométrica oriunda da incompressibilidade do líquido e da rigidez do meio poroso. Alguns casos particulares são simulados e os resultados comparados com resultados clássicos, mostrando as consequências de não levar em conta as restrições inerentes ao problema.

Avaliação de emissões fugitivas de biogás na camada de cobertura do aterro sanitário da CTR de Nova Iguaçu e do Lixão de Seropédica, Rio de Janeiro.

No Brasil, se espera ter até 2014, de acordo com o prazo da Política Nacional de Resíduos Sólidos, todos os lixões erradicados e os resíduos sólidos urbanos gerados depositados em aterros sanitários. Atualmente, os projetos de aterros sanitários dão oportunidade para um nicho de mercado, o da fonte de geração de energia. Um parâmetro de controle da poluição do ar causada pelos aterros sanitários são as chamadas camadas de cobertura. Nesse contexto, é de fundamental importância o estudo de camadas de cobertura de resíduos por ser um importante elemento de projeto para evitar ou minimizar a poluição do ar devido aos gases gerados em aterros sanitários de resíduos sólidos, já que é o elo existente entre o ambiente interno dos resíduos e a atmosfera. A presente pesquisa aborda o comportamento dos gases em relação à camada de cobertura existentes na CTR de Nova Iguaçu e no Lixão remediado de Seropédica. Foram realizados ensaios de Placa de Fluxo, medição de pressão e concentração dos gases no contato solo-resíduo e emissões dos gases pelos drenos, além das análises de solo in situ e em laboratório. Os ensaios foram realizados de outubro a novembro de 2012. Os resultados indicaram uma inexistência de fluxo de gases pela camada de cobertura, que possui 1,10 m de espessura, do lixão de Seropédica, sendo encontrado apenas fluxo nos drenos. Na CTR Nova Iguaçu, foi verificada que praticamente a inexistência de fluxo de gases com o sistema de gás ligado, mesmo possuindo uma camada de cobertura de 0,8 m.

Potencial de geração de metano em aterros sanitários através dos modelos IPCC, USEPA e Scholl Canyon estudo de caso do aterro sanitário de Moskogen, Kalmar, Suécia.

A utilização do metano (CH4) presente no biogás gerado através da degradação anaeróbica de resíduos orgânicos depositados em aterros sanitários como fonte de energia é uma tecnologia em expansão, principalmente nos países em desenvolvimento. Para assegurar um melhor aproveitamento do CH4 e a viabilidade econômica do projeto de exploração energética é necessário que estes empreendimentos avaliem sua capacidade de produzir este gás com o passar dos anos, mesmo após o encerramento da deposição de resíduos. O potencial de geração é comumente estimado a partir de modelos cinéticos de primeira ordem propostos por conceituadas instituições, entretanto, estudos recentes apontam alto grau de incerteza e diferenças relevantes entre os resultados obtidos com cada metodologia. Este trabalho tem por objetivo analisar a variação dos resultados das estimativas de emissão de metano dos modelos recomendados pela USEPA, Banco Mundial (Scholl Canyon) e IPCC utilizando tanto dados e informações disponibilizadas do aterro sanitário Moskogen, localizado em Kalmar, Suécia, que foi operado entre 1977 e 2008. Além de estimar a capacidade de geração de CH4, objetiva-se identificar qual o modelo cujas estimativas mais se aproximam dos dados de biogás efetivamente medidos e quanto gás ainda pode ser extraído do aterro. O estudo ainda avaliou como valores diferentes para os parâmetros principais dos modelos afetam a estimativa de geração final. O modelo IPCC mostrou-se o mais confiável dentre os analisados, estimando que o aterro Moskogen produza mais de 102 milhões de m de CH4 entre 1977 e 2100, sendo 39,384 milhões passíveis de extração de 2012 a 2100. Os demais modelos apresentaram premissas inadequadas com a realidade do aterro sanitário estudado. Contudo, mesmo com a superioridade do modelo proposto pelo IPCC, maiores estudos são necessários no local, que levantem outras informações de campo como a vazão passiva de gás pela camada de cobertura do aterro e uma melhor estimativa do percentual de material orgânico biodegradável presente em cada fração de resíduos depositada em Moskogen.

Estudo Experimental de Gases em Camadas de Cobertura no Aterro de Nova Iguaçu - RJ.

Esta pesquisa apresenta uma revisão bibliográfica sobre as emissões de metano em aterros sanitários, os conceitos de geração de gases em aterros sanitários, movimentações de gases em aterro, apresenta os métodos de medição de gases in situ, tipos de cobertura finais para aterros e a oxidação do metano na camada de cobertura. A pesquisa também tem como objetivo medir as emissões de gases e avaliar a infiltração das águas pluviais através da camada de cobertura do aterro sanitário da CTR Nova Iguaçu. As medições foram realizadas nos meses de julho a novembro de 2010, na camada de cobertura monolítica existente e em outra construída sobre uma barreira capilar. Sensores para medir temperatura e umidade foram instalados em profundidade nas duas camadas. Foram realizados ensaios de placa de fluxo para medir a composição dos gases e o fluxo através dos dois tipos de camadas, e avaliadas duas situações: com os poços de extração de gás ativos e desligados. Os sensores indicaram que em período de baixa pluviosidade, a barreira capilar apresenta uma eficácia superior à camada monolítica, e com a intensificação das chuvas, as umidades medidas nos dois tipos de camadas aumentam, e na barreira capilar o gradiente estabelecido entre os sensores diminui, indicando uma possível tendência à saturação desta barreira capilar. Porém, com a paralisação das chuvas, recupera e retoma sua condição inicial. Os resultados de medidas dos gases demostraram a eficiência do sistema de extração de gás quando ativado, resultando em emissões quase nulas de metano e gás carbônico nos dois tipos de camadas. No entanto, quando o sistema está desativado, as emissões através da camada monolítica são cerca de 3 vezes maiores do que através da barreira capilar.

Análise da evolução termomecânica da Bacia do Amazonas

Os dados geológicos e geofísicos escolhidos para o tema de estudo pertencem a Bacia do Amazonas, na região centro-norte do Brasil. A Bacia do Amazonas é uma bacia intracratônica com cerca de 500.000 km. A mesma está limitada ao norte pelo Escudo das Guianas e ao sul pelo Escudo Brasileiro. O limite oeste com a Bacia do Solimões é marcado pelo Arco de Purus, ao passo que o Arco de Gurupá constitui seu limite leste. Possui características inerentes a uma bacia intracratônica paleozóica, com uma longa história evolutiva, marcada por discordâncias expressivas e com uma cunha sedimentar relativamente rasa se comparada às bacias cretáceas brasileiras, o que levanta controvérsia a respeito da suficiência do soterramento para a eficiência de geração de hidrocarboneto. Podem ser reconhecidas nos 5000 m do preenchimento sedimentar da Bacia do Amazonas, duas seqüências de primeira ordem: uma paleozóica, intrudida por diques e soleiras de diabásio, na passagem do Triássico para o Jurássico, e uma mesozóica-cenozóica que representam um aspecto importante na evolução térmica da matéria orgânica que ocorre na primeira seqüência. Com relação à exploração de petróleo, apesar do fomento exploratório ocorrido nos últimos anos, a bacia ainda é considerada pouco explorada sendo sua maior reserva a da província de Urucu. Um dos fatores que dificultam bastante a exploração desta bacia assim como a bacia do Solimões a oeste é o acesso restrito, pois estão situadas em áreas remotas e florestadas, de difícil acesso, com muitas reservas indígenas e florestais, o que causa restrições logísticas, operacionais e legais. O efeito térmico das intrusões ígneas é considerado como o responsável pelo acréscimo de calor necessário à maturação da matéria orgânica e conseqüente geração de hidrocarbonetos. Este trabalho contribui com a reconstrução da história térmica desta bacia a partir da modelagem das variáveis termais e da história de soterramento. Para isso, foram utilizados modelos consagrados na literatura, que permitem, de forma simples, a estimativa do fluxo térmico através do embasamento e da seqüência sedimentar. Na análise da influência de intrusões ígneas na estrutura térmica da bacia, o modelo bidimensional desenvolvido pelo método de diferenças finitas se mostrou apropriado. Utilizou-se o fluxo térmico basal calculado nas condições de contorno da modelagem da influência térmica das ígneas. Como resultado obteve-se a estruturação térmica da bacia e a historia maturação de suas rochas geradoras

Studies on the optimum protein to energy ratio of African catfish (Clarias batrachus Burchell)

A laboratory trial was conducted to determine the optimum dietary protein to energy (P/E) ratio of African catfish, Clarias gariepinus. The experiment was carried out in a flow-through system for 6 weeks. There were 12 treatments each with two replicates having 10 fish each with a mean initial weight of 1.80 ± 0.02g. Twelve semi-purified diets were formulated with four digestible crude protein levels (23, 26.5, 30 and 33.5%) and three digestible energy levels (2.25, 2.75 and 3.25 Kcal/g). The fish were fed three times daily at satiation level. The results of the study showed that, diet containing 33.5% digestible protein and 2.75 kcal/g digestible energy with a protein to energy ratio of 121 .8 (mg protein/kcal) appeared to be best utilized for growth.

Feeding metabolism in an Indian major carp (Catla catla Lin.) fed on different protein diets

Feeding metabolism in an Indian major carp, Catla catla fingerlings of 10.8+0.56g was investigated in a flow-through water recirculating system. The metabolic energy loss in resting metabolism and feeding metabolism were determined by the indirect method of oxygen consumption followed by multiplication by suitable oxycalorific coefficient. This was done in four metabolic chambers of a respirometer system. Ten fish fingerlings of mean total weight of 109.5, 110.4 and 112.8g/chambers respectively each in two experimental runs of three treatments a, b and c were used. The mean resting metabolic rate during unfed condition showed no significant variation in different treatments. The fish in three treatments a, b and c fed on diets containing 28, 33 and 38% crude protein had significantly different (p<0.05) post-fed SDA magnitude of 497.7, 638.7 and 735.5 mgO2/chamber/day having an equivalent energy loss of 12.68, 14.68 and 15.86 KJ respectively. The SDA co-efficient in three treatments a, b and c were 14.95, 19.00 and 22.36% respectively whereas, respiratory energy - 'R' as % of mean total ingested energy in three treatments were 26.93, 31.17 and 34.74% respectively showing a significant increase (p<0.05) with increase of protein. Feeding metabolism in an Indian major carp (Catla catla Lin.) fed on different protein diets.

Blade row interaction in a high pressure steam turbine

This paper presents a study of the three-dimensional flow field within the blade rows of a high-pressure axial flow steam turbine stage. Compound lean angles have been employed to achieve relatively low blade loading for hub and tip section and so reduce the secondary losses. The flow field is investigated in a Low-Speed Research Turbine using pneumatic and hot-wire probes downstream of the blade row. Steady and unsteady numerical simulations were performed using structured 3D Navier-Stokes solver to further understand the flow field. Agreement between the simulations and the measurements has been found. The unsteady measurements indicate that there is a significant effect of the stator flow interaction in the downstream rotor blade. The transport of the stator viscous flow through the rotor blade row is described. Unsteady numerical simulations were found to be successful in predicting accurately the flow near the secondary flow interaction regions compared to steady simulations. A method to calculate the unsteady loss generated inside the blade row was developed from the steady numerical simulations. The contribution of various regions in the blade to the unsteady loss generation was evaluated. This method can assist the designer in identifying and optimizing the features of the flow that are responsible for the majority of the unsteady loss production. An analytical model was developed to quantify this effect for the vortex transport inside the downstream blade.

Vortex Transport and Blade Interactions in High Pressure Turbines

This paper presents a study of the three-dimensional flow field within the blade rows of a high-pressure axial flow steam turbine stage. Half-delta wings were fixed to a rotating hub to simulate an upstream rotor passage vortex. The flow field is investigated in a Low-Speed Research Turbine using pneumatic and hot-wire probes downstream of the blade row. The paper examines the impact of the delta wing vortex transport on the performance of the downstream blade row. Steady and unsteady numerical simulations were performed using structured 3D Navier-Stokes solver to further understand the flow field. The loss measurements at the exit of the stator blade showed an increase in stagnation pressure loss due to the delta wing vortex transport. The increase in loss was 21% of the datum stator loss, demonstrating the importance of this vortex interaction. The transport of the stator viscous flow through the rotor blade row is also described. The rotor exit flow was affected by the interaction between the enhanced stator passage vortex and the rotor blade row. Flow underturning near the hub and overturning towards the mid-span was observed, contrary to the classical model of overturning near the hub and underturning towards the mid-span. The unsteady numerical simulation results were further analysed to identify the entropy producing regions in the unsteady flow field.