Représentations et fusion des algèbres de Temperley-Lieb originale et diluée

Les algèbres de Temperley-Lieb originales, aussi dites régulières, apparaissent dans de nombreux modèles statistiques sur réseau en deux dimensions: les modèles d'Ising, de Potts, des dimères, celui de Fortuin-Kasteleyn, etc. L'espace d'Hilbert de l'hamiltonien quantique correspondant à chacun de ces modèles est un module pour cette algèbre et la théorie de ses représentations peut être utilisée afin de faciliter la décomposition de l'espace en blocs; la diagonalisation de l'hamiltonien s'en trouve alors grandement simplifiée. L'algèbre de Temperley-Lieb diluée joue un rôle similaire pour des modèles statistiques dilués, par exemple un modèle sur réseau où certains sites peuvent être vides; ses représentations peuvent alors être utilisées pour simplifier l'analyse du modèle comme pour le cas original. Or ceci requiert une connaissance des modules de cette algèbre et de leur structure; un premier article donne une liste complète des modules projectifs indécomposables de l'algèbre diluée et un second les utilise afin de construire une liste complète de tous les modules indécomposables des algèbres originale et diluée. La structure des modules est décrite en termes de facteurs de composition et par leurs groupes d'homomorphismes. Le produit de fusion sur l'algèbre de Temperley-Lieb originale permet de «multiplier» ensemble deux modules sur cette algèbre pour en obtenir un autre. Il a été montré que ce produit pouvait servir dans la diagonalisation d'hamiltoniens et, selon certaines conjectures, il pourrait également être utilisé pour étudier le comportement de modèles sur réseaux dans la limite continue. Un troisième article construit une généralisation du produit de fusion pour les algèbres diluées, puis présente une méthode pour le calculer. Le produit de fusion est alors calculé pour les classes de modules indécomposables les plus communes pour les deux familles, originale et diluée, ce qui vient ajouter à la liste incomplète des produits de fusion déjà calculés par d'autres chercheurs pour la famille originale. Finalement, il s'avère que les algèbres de Temperley-Lieb peuvent être associées à une catégorie monoïdale tressée, dont la structure est compatible avec le produit de fusion décrit ci-dessus. Le quatrième article calcule explicitement ce tressage, d'abord sur la catégorie des algèbres, puis sur la catégorie des modules sur ces algèbres. Il montre également comment ce tressage permet d'obtenir des solutions aux équations de Yang-Baxter, qui peuvent alors être utilisées afin de construire des modèles intégrables sur réseaux.

Design and modeling of optical fibers for spatial division multiplexing using the orbital angular momentum of light

Les besoins toujours croissants en terme de transfert de données numériques poussent au développement de nouvelles technologies pour accroître la capacité des réseaux, notamment en ce qui concerne les réseaux de fibre optique. Parmi ces nouvelles technologies, le multiplexage spatial permet de multiplier la capacité des liens optiques actuels. Nous nous intéressons particulièrement à une forme de multiplexage spatial utilisant le moment cinétique orbital de la lumière comme base orthogonale pour séparer un certain nombre de canaux. Nous présentons d’abord les notions d’électromagnétisme et de physique nécessaires à la compréhension des développements ultérieurs. Les équations de Maxwell sont dérivées afin d’expliquer les modes scalaires et vectoriels de la fibre optique. Nous présentons également d’autres propriétés modales, soit la coupure des modes, et les indices de groupe et de dispersion. La notion de moment cinétique orbital est ensuite introduite, avec plus particulièrement ses applications dans le domaine des télécommunications. Dans une seconde partie, nous proposons la carte modale comme un outil pour aider au design des fibres optiques à quelques modes. Nous développons la solution vectorielle des équations de coupure des modes pour les fibres en anneau, puis nous généralisons ces équations pour tous les profils de fibres à trois couches. Enfin, nous donnons quelques exemples d’application de la carte modale. Dans la troisième partie, nous présentons des designs de fibres pour la transmission des modes avec un moment cinétique orbital. Les outils développés dans la seconde partie sont utilisés pour effectuer ces designs. Un premier design de fibre, caractérisé par un centre creux, est étudié et démontré. Puis un second design, une famille de fibres avec un profil en anneau, est étudié. Des mesures d’indice effectif et d’indice de groupe sont effectuées sur ces fibres. Les outils et les fibres développés auront permis une meilleure compréhension de la transmission dans la fibre optique des modes ayant un moment cinétique orbital. Nous espérons que ces avancements aideront à développer prochainement des systèmes de communications performants utilisant le multiplexage spatial.

Multiphase modeling of melting / solidification with high density variations using XFEM

La modélisation de la cryolite, utilisée dans la fabrication de l’aluminium, implique plusieurs défis, notament la présence de discontinuités dans la solution et l’inclusion de la difference de densité entre les phases solide et liquide. Pour surmonter ces défis, plusieurs éléments novateurs ont été développés dans cette thèse. En premier lieu, le problème du changement de phase, communément appelé problème de Stefan, a été résolu en deux dimensions en utilisant la méthode des éléments finis étendue. Une formulation utilisant un multiplicateur de Lagrange stable spécialement développée et une interpolation enrichie a été utilisée pour imposer la température de fusion à l’interface. La vitesse de l’interface est déterminée par le saut dans le flux de chaleur à travers l’interface et a été calculée en utilisant la solution du multiplicateur de Lagrange. En second lieu, les effets convectifs ont été inclus par la résolution des équations de Stokes dans la phase liquide en utilisant la méthode des éléments finis étendue aussi. Troisièmement, le changement de densité entre les phases solide et liquide, généralement négligé dans la littérature, a été pris en compte par l’ajout d’une condition aux limites de vitesse non nulle à l’interface solide-liquide pour respecter la conservation de la masse dans le système. Des problèmes analytiques et numériques ont été résolus pour valider les divers composants du modèle et le système d’équations couplés. Les solutions aux problèmes numériques ont été comparées aux solutions obtenues avec l’algorithme de déplacement de maillage de Comsol. Ces comparaisons démontrent que le modèle par éléments finis étendue reproduit correctement le problème de changement phase avec densités variables.

Typologie de l'avant-garde historique et l'exemple de l'Automatisme au Québec

Depuis la fin des années soixante et d'une manière encore plus nette, depuis le milieu des années soixante-dix, l'étude de l'avant-garde connaît une bonne fortune. En effet, que ce soit dans le domaine des arts ou des lettres, les recherches sur le sujet n'ont cessé de se multiplier. La tenue en 1967 d'un congrès sur l’avant-garde littéraire et la publication en 1984 d'un ouvrage collectif du Centre d'étude des avant-gardes littéraires de l'Université de Bruxelles confirme l'intérêt toujours croissant des chercheurs qui développent, par exemple, les questions de la terminologie, de la prise de conscience, de la lutte idéologique, du conflit de légitimité et de la crise des conventions de l'avant-garde. En tant que phénomène artistique, l'avant-garde joue un rôle de premier ordre dans l'émulation des idées et des formes. C'est la raison pour laquelle nous avons voulu aborder l'histoire, de même que le fonctionnement et le rôle de cette dernière. Mais l'étendue du sujet débordant largement le cadre d'un mémoire de maîtrise, nous avons dû limiter notre analyse, ce qui explique pourquoi nous avons échafaudé des questions aussi importantes que les stratégies discursives, la réception critique, les fondements sociologiques et les conditions d'émergence de l'avant-garde. Pour combler cette lacune, nous avons donc relevé plusieurs notices bibliographiques qui pourront servir au lecteur dans l'éventualité d'une recherche ultérieure.

Decoherence models for discrete-time quantum walks and their application to neutral atom experiments

We discuss decoherence in discrete-time quantum walks in terms of a phenomenological model that distinguishes spin and spatial decoherence. We identify the dominating mechanisms that affect quantum-walk experiments realized with neutral atoms walking in an optical lattice. From the measured spatial distributions, we determine with good precision the amount of decoherence per step, which provides a quantitative indication of the quality of our quantum walks. In particular, we find that spin decoherence is the main mechanism responsible for the loss of coherence in our experiment. We also find that the sole observation of ballistic-instead of diffusive-expansion in position space is not a good indicator of the range of coherent delocalization. We provide further physical insight by distinguishing the effects of short- and long-time spin dephasing mechanisms. We introduce the concept of coherence length in the discrete-time quantum walk, which quantifies the range of spatial coherences. Unexpectedly, we find that quasi-stationary dephasing does not modify the local properties of the quantum walk, but instead affects spatial coherences. For a visual representation of decoherence phenomena in phase space, we have developed a formalism based on a discrete analogue of the Wigner function. We show that the effects of spin and spatial decoherence differ dramatically in momentum space.

Cascade hydropower capacity increase profitability analysis with optimisation modelling

The electricity market and climate are both undergoing a change. The changes impact hydropower and provoke an interest for hydropower capacity increases. In this thesis a new methodology was developed utilising short-term hydropower optimisation and planning software for better capacity increase profitability analysis accuracy. In the methodology income increases are calculated in month long periods while varying average discharge and electricity price volatility. The monthly incomes are used for constructing year scenarios, and from different types of year scenarios a long-term profitability analysis can be made. Average price development is included utilising a multiplier. The method was applied on Oulujoki hydropower plants. It was found that the capacity additions that were analysed for Oulujoki were not profitable. However, the methodology was found versatile and useful. The result showed that short periods of peaking prices play major role in the profitability of capacity increases. Adding more discharge capacity to hydropower plants that initially bypassed water more often showed the best improvements both in income and power generation profile flexibility.

Desempenho produtivo, classificação e qualidade de carcaça de suínos de diferentes linhas genéticas em engorda intensiva

Compararam-se o ganho médio diário (GMD), índice de conversão alimentar (IC) e classificação da carcaça (CC) entre dois tipos de cruzamento comercial (A e B), ambos obtidos pelo cruzamento terminal de varrascos Piétrain com porcas F1 Large White x Landrace. Procurou-se identificar os principais efeitos ambientais que influenciam os referidos carateres. Utilizou-se um total de 200 suínos (machos e fêmeas), de dois cruzamentos comerciais distintos, provenientes de duas unidades de multiplicação comerciais. Determinou-se o GMD e o IC em dois períodos diferentes (63-119 e 120-158 dias de vida). No final do ensaio, efetuou-se a CC, segundo o sistema SEUROP. Procedeu-se a uma análise de variância com o objetivo de identificar os principais efeitos ambientais que influenciam o GMD, IC e CC. Determinou-se o coeficiente de regressão do GMD no peso vivo no início da engorda. Globalmente, observou-se uma superioridade do cruzado B no que concerne ao GMD (+74,6 g) (p<0,01) e ao IC (-0,07) (p<0,05). O GMD dos animais registou um acréscimo médio de 5,8 g por kg de acréscimo do PV no início do ensaio. A superioridade do cruzado B foi ainda evidenciada na classificação de carcaça SEUROP, com um acréscimo significativo (p<0,01) de 2,3% em carne magra.

Neuronal networks with gap junctions: A study of piece-wise linear planar neuron models

The presence of gap junction coupling among neurons of the central nervous systems has been appreciated for some time now. In recent years there has been an upsurge of interest from the mathematical community in understanding the contribution of these direct electrical connections between cells to large-scale brain rhythms. Here we analyze a class of exactly soluble single neuron models, capable of producing realistic action potential shapes, that can be used as the basis for understanding dynamics at the network level. This work focuses on planar piece-wise linear models that can mimic the firing response of several different cell types. Under constant current injection the periodic response and phase response curve (PRC) is calculated in closed form. A simple formula for the stability of a periodic orbit is found using Floquet theory. From the calculated PRC and the periodic orbit a phase interaction function is constructed that allows the investigation of phase-locked network states using the theory of weakly coupled oscillators. For large networks with global gap junction connectivity we develop a theory of strong coupling instabilities of the homogeneous, synchronous and splay state. For a piece-wise linear caricature of the Morris-Lecar model, with oscillations arising from a homoclinic bifurcation, we show that large amplitude oscillations in the mean membrane potential are organized around such unstable orbits.

Représentations et fusion des algèbres de Temperley-Lieb originale et diluée

Les algèbres de Temperley-Lieb originales, aussi dites régulières, apparaissent dans de nombreux modèles statistiques sur réseau en deux dimensions: les modèles d'Ising, de Potts, des dimères, celui de Fortuin-Kasteleyn, etc. L'espace d'Hilbert de l'hamiltonien quantique correspondant à chacun de ces modèles est un module pour cette algèbre et la théorie de ses représentations peut être utilisée afin de faciliter la décomposition de l'espace en blocs; la diagonalisation de l'hamiltonien s'en trouve alors grandement simplifiée. L'algèbre de Temperley-Lieb diluée joue un rôle similaire pour des modèles statistiques dilués, par exemple un modèle sur réseau où certains sites peuvent être vides; ses représentations peuvent alors être utilisées pour simplifier l'analyse du modèle comme pour le cas original. Or ceci requiert une connaissance des modules de cette algèbre et de leur structure; un premier article donne une liste complète des modules projectifs indécomposables de l'algèbre diluée et un second les utilise afin de construire une liste complète de tous les modules indécomposables des algèbres originale et diluée. La structure des modules est décrite en termes de facteurs de composition et par leurs groupes d'homomorphismes. Le produit de fusion sur l'algèbre de Temperley-Lieb originale permet de «multiplier» ensemble deux modules sur cette algèbre pour en obtenir un autre. Il a été montré que ce produit pouvait servir dans la diagonalisation d'hamiltoniens et, selon certaines conjectures, il pourrait également être utilisé pour étudier le comportement de modèles sur réseaux dans la limite continue. Un troisième article construit une généralisation du produit de fusion pour les algèbres diluées, puis présente une méthode pour le calculer. Le produit de fusion est alors calculé pour les classes de modules indécomposables les plus communes pour les deux familles, originale et diluée, ce qui vient ajouter à la liste incomplète des produits de fusion déjà calculés par d'autres chercheurs pour la famille originale. Finalement, il s'avère que les algèbres de Temperley-Lieb peuvent être associées à une catégorie monoïdale tressée, dont la structure est compatible avec le produit de fusion décrit ci-dessus. Le quatrième article calcule explicitement ce tressage, d'abord sur la catégorie des algèbres, puis sur la catégorie des modules sur ces algèbres. Il montre également comment ce tressage permet d'obtenir des solutions aux équations de Yang-Baxter, qui peuvent alors être utilisées afin de construire des modèles intégrables sur réseaux.

The effects of acute administration of Chinese aphrodisiacs sold in Blantyre City on sperm characteristics and fertility profile in guinea pigs

Background Chinese aphrodisiacs have become popular remedy for sexual dysfunction and improvement of libido in men in Malawi. However, selling of these drugs seems not to be well regulated. Probably the aphrodisiacs that are currently on the market have unknown efficacy, potency and safety profiles. The aim of this study was to assess the efficacy of imported Chinese aphrodisiacs using guinea pigs as a model. Materials and Methods Two types of drugs were purchased from vendors in Blantyre City. Tonic tea, which was purported to improve erectile function and libido, and sperm multiplier tablets which were claimed to increase the sperm count. The tonic tea was prepared by soaking one tea bag in 100ml boiling water. The tea was cooled and administered to eight male experimental animals in varying doses. Each animal was introduced into a separate cage with a female guinea pig. Sexual behaviour such as mounting, sniffing behind the female were observed and recorded. Each sperm multiplier tablet was dissolved in distilled water and administered to the experimental animals in the morning and evening for seven days. At the end of the treatment, the experimental and control animals were sacrificed, their semen collected and analysed sperm motility, concentration and morphology. Results For the tonic tea, there were no statistical differences between the experimental and the control animals in terms of the number of mountings and sniffing behind the female. The sperm multiplier drug showed statistically significant differences between the experimental and the control animals in terms of the sperm motility (78.24 ± 1.35 vs. 86.54 ± 1.88, p< 0.05), and concentration (54.28 ± 1.24 vs. 67.59 ± 2.12, p<0.05). Conclusion The tonic tea did not show any efficacy in improving erection and libido. The sperm multiplier tablets, purported to increase sperm production, significantly increased the sperm motility, sperm concentration in the treated animals.

Corrigendum to “The envelope theorem for multiobjective convex programming via contingent derivatives” [J. Math. Anal. Appl. 372 (1) (2010) 197–207]

The aim of this note is to formulate an envelope theorem for vector convex programs. This version corrects an earlier work, “The envelope theorem for multiobjective convex programming via contingent derivatives” by Jiménez Guerra et al. (2010) [3]. We first propose a necessary and sufficient condition allowing to restate the main result proved in the alluded paper. Second, we introduce a new Lagrange multiplier in order to obtain an envelope theorem avoiding the aforementioned error.

Sensitivity Analysis in Convex Optimization through the Circatangent Derivative

The main goal of this paper is to analyse the sensitivity of a vector convex optimization problem according to variations in the right-hand side. We measure the quantitative behavior of a certain set of Pareto optimal points characterized to become minimum when the objective function is composed with a positive function. Its behavior is analysed quantitatively using the circatangent derivative for set-valued maps. Particularly, it is shown that the sensitivity is closely related to a Lagrange multiplier solution of a dual program.

A natural extension of the classical envelope theorem in vector differential programming

The aim of this paper is to extend the classical envelope theorem from scalar to vector differential programming. The obtained result allows us to measure the quantitative behaviour of a certain set of optimal values (not necessarily a singleton) characterized to become minimum when the objective function is composed with a positive function, according to changes of any of the parameters which appear in the constraints. We show that the sensitivity of the program depends on a Lagrange multiplier and its sensitivity.

Design and Applications of a Decade-Spanning Terahertz Frequency Comb Spectrometer: Doppler-limited Rotational Spectroscopy of Methanol and Methanol-OD

This thesis details the design and applications of a terahertz (THz) frequency comb spectrometer. The spectrometer employs two offset locked Ti:Sapphire femtosecond oscillators with repetition rates of approximately 80 MHz, offset locked at 100 Hz to continuously sample a time delay of 12.5 ns at a maximum time delay resolution of 15.6 fs. These oscillators emit continuous pulse trains, allowing the generation of a THz pulse train by the master, or pump, oscillator and the sampling of this THz pulse train by the slave, or probe, oscillator via the electro-optic effect. Collecting a train of 16 consecutive THz pulses and taking the Fourier transform of this pulse train produces a decade-spanning frequency comb, from 0.25 to 2.5 THz, with a comb tooth width of 5 MHz and a comb tooth spacing of ~80 MHz. This frequency comb is suitable for Doppler-limited rotational spectroscopy of small molecules. Here, the data from 68 individual scans at slightly different pump oscillator repetition rates were combined, producing an interleaved THz frequency comb spectrum, with a maximum interval between comb teeth of 1.4 MHz, enabling THz frequency comb spectroscopy.

The accuracy of the THz frequency comb spectrometer was tested, achieving a root mean square error of 92 kHz measuring selected absorption center frequencies of water vapor at 10 mTorr, and a root mean square error of 150 kHz in measurements of a K-stack of acetonitrile. This accuracy is sufficient for fitting of measured transitions to a model Hamiltonian to generate a predicted spectrum for molecules of interest in the fields of astronomy and physical chemistry. As such, the rotational spectra of methanol and methanol-OD were acquired by the spectrometer. Absorptions from 1.3 THz to 2.0 THz were compared to JPL catalog data for methanol and the spectrometer achieved an RMS error of 402 kHz, improving to 303 kHz when excluding low signal-to-noise absorptions. This level of accuracy compares favorably with the ~100 kHz accuracy achieved by JPL frequency multiplier submillimeter spectrometers. Additionally, the relative intensity performance of the THz frequency comb spectrometer is linear across the entire decade-spanning bandwidth, making it the preferred instrument for recovering lineshapes and taking absolute intensity measurements in the THz region. The data acquired by the Terahertz Frequency Comb Spectrometer for methanol-OD is of comparable accuracy to the methanol data and may be used to refine the fit parameters for the predicted spectrum of methanol-OD.

Disorder driven transitions in non-equilibrium quantum systems

This thesis presents studies of the role of disorder in non-equilibrium quantum systems. The quantum states relevant to dynamics in these systems are very different from the ground state of the Hamiltonian. Two distinct systems are studied, (i) periodically driven Hamiltonians in two dimensions, and (ii) electrons in a one-dimensional lattice with power-law decaying hopping amplitudes. In the first system, the novel phases that are induced from the interplay of periodic driving, topology and disorder are studied. In the second system, the Anderson transition in all the eigenstates of the Hamiltonian are studied, as a function of the power-law exponent of the hopping amplitude.

In periodically driven systems the study focuses on the effect of disorder in the nature of the topology of the steady states. First, we investigate the robustness to disorder of Floquet topological insulators (FTIs) occurring in semiconductor quantum wells. Such FTIs are generated by resonantly driving a transition between the valence and conduction band. We show that when disorder is added, the topological nature of such FTIs persists as long as there is a gap at the resonant quasienergy. For strong enough disorder, this gap closes and all the states become localized as the system undergoes a transition to a trivial insulator.

Interestingly, the effects of disorder are not necessarily adverse, disorder can also induce a transition from a trivial to a topological system, thereby establishing a Floquet Topological Anderson Insulator (FTAI). Such a state would be a dynamical realization of the topological Anderson insulator. We identify the conditions on the driving field necessary for observing such a transition. We realize such a disorder induced topological Floquet spectrum in the driven honeycomb lattice and quantum well models.

Finally, we show that two-dimensional periodically driven quantum systems with spatial disorder admit a unique topological phase, which we call the anomalous Floquet-Anderson insulator (AFAI). The AFAI is characterized by a quasienergy spectrum featuring chiral edge modes coexisting with a fully localized bulk. Such a spectrum is impossible for a time-independent, local Hamiltonian. These unique characteristics of the AFAI give rise to a new topologically protected nonequilibrium transport phenomenon: quantized, yet nonadiabatic, charge pumping. We identify the topological invariants that distinguish the AFAI from a trivial, fully localized phase, and show that the two phases are separated by a phase transition.

The thesis also present the study of disordered systems using Wegner's Flow equations. The Flow Equation Method was proposed as a technique for studying excited states in an interacting system in one dimension. We apply this method to a one-dimensional tight binding problem with power-law decaying hoppings. This model presents a transition as a function of the exponent of the decay. It is shown that the the entire phase diagram, i.e. the delocalized, critical and localized phases in these systems can be studied using this technique. Based on this technique, we develop a strong-bond renormalization group that procedure where we solve the Flow Equations iteratively. This renormalization group approach provides a new framework to study the transition in this system.