Phonon anharmonicity and negative thermal expansion in SnSe

The anharmonic phonon properties of SnSe in the Pnma phase were investigated with a combination of experiments and first-principles simulations. Using inelastic neutron scattering (INS) and nuclear resonant inelastic X-ray scattering (NRIXS), we have measured the phonon dispersions and density of states (DOS) and their temperature dependence, which revealed a strong, inhomogeneous shift and broadening of the spectrum on warming. First-principles simulations were performed to rationalize these measurements, and to explain the previously reported anisotropic thermal expansion, in particular the negative thermal expansion within the Sn-Se bilayers. Including the anisotropic strain dependence of the phonon free energy, in addition to the electronic ground state energy, is essential to reproduce the negative thermal expansion. From the phonon DOS obtained with INS and additional calorimetry measurements, we quantify the harmonic, dilational, and anharmonic components of the phonon entropy, heat capacity, and free energy. The origin of the anharmonic phonon thermodynamics is linked to the electronic structure.

La vérité polyphonique : la problématisation théorique et pratique de la dichotomie entre fiction et documentaire, précédé du film YT Remix

La création cinématographique de l’étudiante qui accompagne ce mémoire sous la forme d’un DVD est disponible à la Médiathèque de la Bibliothèque des lettres et sciences humaines sous le titre : YT Remix (documentaire) ; Sonorisation d'un extrait de L'homme à la caméra (D. Vertov).(http://atrium.umontreal.ca/notice/UM-ALEPH002370775)

Improving the use of G-CSF during chemotherapy using physiological mathematical modelling : a quantitative systems pharmacology approach

La diminution des doses administrées ou même la cessation complète d'un traitement chimiothérapeutique est souvent la conséquence de la réduction du nombre de neutrophiles, qui sont les globules blancs les plus fréquents dans le sang. Cette réduction dans le nombre absolu des neutrophiles, aussi connue sous le nom de myélosuppression, est précipitée par les effets létaux non spécifiques des médicaments anti-cancéreux, qui, parallèlement à leur effet thérapeutique, produisent aussi des effets toxiques sur les cellules saines. Dans le but d'atténuer cet impact myélosuppresseur, on administre aux patients un facteur de stimulation des colonies de granulocytes recombinant humain (rhG-CSF), une forme exogène du G-CSF, l'hormone responsable de la stimulation de la production des neutrophiles et de leurs libération dans la circulation sanguine. Bien que les bienfaits d'un traitement prophylactique avec le G-CSF pendant la chimiothérapie soient bien établis, les protocoles d'administration demeurent mal définis et sont fréquemment déterminés ad libitum par les cliniciens. Avec l'optique d'améliorer le dosage thérapeutique et rationaliser l'utilisation du rhG-CSF pendant le traitement chimiothérapeutique, nous avons développé un modèle physiologique du processus de granulopoïèse, qui incorpore les connaissances actuelles de pointe relatives à la production des neutrophiles des cellules souches hématopoïétiques dans la moelle osseuse. À ce modèle physiologique, nous avons intégré des modèles pharmacocinétiques/pharmacodynamiques (PK/PD) de deux médicaments: le PM00104 (Zalypsis®), un médicament anti-cancéreux, et le rhG-CSF (filgrastim). En se servant des principes fondamentaux sous-jacents à la physiologie, nous avons estimé les paramètres de manière exhaustive sans devoir recourir à l'ajustement des données, ce qui nous a permis de prédire des données cliniques provenant de 172 patients soumis au protocol CHOP14 (6 cycles de chimiothérapie avec une période de 14 jours où l'administration du rhG-CSF se fait du jour 4 au jour 13 post-chimiothérapie). En utilisant ce modèle physio-PK/PD, nous avons démontré que le nombre d'administrations du rhG-CSF pourrait être réduit de dix (pratique actuelle) à quatre ou même trois administrations, à condition de retarder le début du traitement prophylactique par le rhG-CSF. Dans un souci d'applicabilité clinique de notre approche de modélisation, nous avons investigué l'impact de la variabilité PK présente dans une population de patients, sur les prédictions du modèle, en intégrant des modèles PK de population (Pop-PK) des deux médicaments. En considérant des cohortes de 500 patients in silico pour chacun des cinq scénarios de variabilité plausibles et en utilisant trois marqueurs cliniques, soient le temps au nadir des neutrophiles, la valeur du nadir, ainsi que l'aire sous la courbe concentration-effet, nous avons établi qu'il n'y avait aucune différence significative dans les prédictions du modèle entre le patient-type et la population. Ceci démontre la robustesse de l'approche que nous avons développée et qui s'apparente à une approche de pharmacologie quantitative des systèmes (QSP). Motivés par l'utilisation du rhG-CSF dans le traitement d'autres maladies, comme des pathologies périodiques telles que la neutropénie cyclique, nous avons ensuite soumis l'étude du modèle au contexte des maladies dynamiques. En mettant en évidence la non validité du paradigme de la rétroaction des cytokines pour l'administration exogène des mimétiques du G-CSF, nous avons développé un modèle physiologique PK/PD novateur comprenant les concentrations libres et liées du G-CSF. Ce nouveau modèle PK a aussi nécessité des changements dans le modèle PD puisqu’il nous a permis de retracer les concentrations du G-CSF lié aux neutrophiles. Nous avons démontré que l'hypothèse sous-jacente de l'équilibre entre la concentration libre et liée, selon la loi d'action de masse, n'est plus valide pour le G-CSF aux concentrations endogènes et mènerait en fait à la surestimation de la clairance rénale du médicament. En procédant ainsi, nous avons réussi à reproduire des données cliniques obtenues dans diverses conditions (l'administration exogène du G-CSF, l'administration du PM00104, CHOP14). Nous avons aussi fourni une explication logique des mécanismes responsables de la réponse physiologique aux deux médicaments. Finalement, afin de mettre en exergue l’approche intégrative en pharmacologie adoptée dans cette thèse, nous avons démontré sa valeur inestimable pour la mise en lumière et la reconstruction des systèmes vivants complexes, en faisant le parallèle avec d’autres disciplines scientifiques telles que la paléontologie et la forensique, où une approche semblable a largement fait ses preuves. Nous avons aussi discuté du potentiel de la pharmacologie quantitative des systèmes appliquées au développement du médicament et à la médecine translationnelle, en se servant du modèle physio-PK/PD que nous avons mis au point.

Design and implementation of generalized topologies of time-interleaved variable bandpass Σ−Δ modulators

In this thesis, novel analog-to-digital and digital-to-analog generalized time-interleaved variable bandpass sigma-delta modulators are designed, analysed, evaluated and implemented that are suitable for high performance data conversion for a broad-spectrum of applications. These generalized time-interleaved variable bandpass sigma-delta modulators can perform noise-shaping for any centre frequency from DC to Nyquist. The proposed topologies are well-suited for Butterworth, Chebyshev, inverse-Chebyshev and elliptical filters, where designers have the flexibility of specifying the centre frequency, bandwidth as well as the passband and stopband attenuation parameters. The application of the time-interleaving approach, in combination with these bandpass loop-filters, not only overcomes the limitations that are associated with conventional and mid-band resonator-based bandpass sigma-delta modulators, but also offers an elegant means to increase the conversion bandwidth, thereby relaxing the need to use faster or higher-order sigma-delta modulators. A step-by-step design technique has been developed for the design of time-interleaved variable bandpass sigma-delta modulators. Using this technique, an assortment of lower- and higher-order single- and multi-path generalized A/D variable bandpass sigma-delta modulators were designed, evaluated and compared in terms of their signal-to-noise ratios, hardware complexity, stability, tonality and sensitivity for ideal and non-ideal topologies. Extensive behavioural-level simulations verified that one of the proposed topologies not only used fewer coefficients but also exhibited greater robustness to non-idealties. Furthermore, second-, fourth- and sixth-order single- and multi-path digital variable bandpass digital sigma-delta modulators are designed using this technique. The mathematical modelling and evaluation of tones caused by the finite wordlengths of these digital multi-path sigmadelta modulators, when excited by sinusoidal input signals, are also derived from first principles and verified using simulation and experimental results. The fourth-order digital variable-band sigma-delta modulator topologies are implemented in VHDL and synthesized on Xilinx® SpartanTM-3 Development Kit using fixed-point arithmetic. Circuit outputs were taken via RS232 connection provided on the FPGA board and evaluated using MATLAB routines developed by the author. These routines included the decimation process as well. The experiments undertaken by the author further validated the design methodology presented in the work. In addition, a novel tunable and reconfigurable second-order variable bandpass sigma-delta modulator has been designed and evaluated at the behavioural-level. This topology offers a flexible set of choices for designers and can operate either in single- or dual-mode enabling multi-band implementations on a single digital variable bandpass sigma-delta modulator. This work is also supported by a novel user-friendly design and evaluation tool that has been developed in MATLAB/Simulink that can speed-up the design, evaluation and comparison of analog and digital single-stage and time-interleaved variable bandpass sigma-delta modulators. This tool enables the user to specify the conversion type, topology, loop-filter type, path number and oversampling ratio.

La ciencia de los principios y de las causas primeras en el libro primero de la Metafísica

En este trabajo se presenta la concepción aristotélica de la filosofía primera como ciencia de los principios y de las causas primeras según el libro primero de la Metafísica. Para ello, se distinguen tres momentos sucesivos que constituyen el análisis de la naturaleza y la meta que debe alcanzar esta ciencia: 1) la concepción de la sabiduría como ciencia que se ocupa de ciertos principios y causas; 2) la sabiduría como ciencia de los primeros principios y de las causas; 3) la determinación de las cuatro causas primeras como tarea de la filosofía primera. De este modo, se pretende mostrar que la Metafísica de Aristóteles es un intento para explicar las últimas cuestiones, el último porqué, indicando cuatro géneros diferentes de respuesta.

Ultrasound imaging in teaching cardiac physiology

This laboratory session provides hands-on experience for students to visualize the beating human heart with ultrasound imaging. Simple views are obtained from which students can directly measure important cardiac dimensions in systole and diastole. This allows students to derive, from first principles, important measures of cardiac function, such as stroke volume, ejection fraction, and cardiac output. By repeating the measurements from a subject after a brief exercise period, an increase in stroke volume and ejection fraction are easily demonstrable, potentially with or without an increase in left ventricular end-diastolic volume (which indicates preload). Thus, factors that affect cardiac performance can readily be discussed. This activity may be performed as a practical demonstration and visualized using an overhead projector or networked computers, concentrating on using the ultrasound images to teach basic physiological principles. This has proved to be highly popular with students, who reported a significant improvement in their understanding of Frank-Starling's law of the heart with ultrasound imaging.

Freak waves and modulational dynamics in plasmas with negative ions

The nonlinear dynamics of modulated electrostatic wavepackets propagating in negativeion plasmas is investigated from first principles. A nonlinear Schrödinger equation is derived by adopting a multiscale technique. The stability of breather- like (bright envelope soliton) structures, considered as a precursor to freak wave (rogue wave) formation, is investigated and then tested via numerical simulations.

Perceptions of the common good in planning

There has been plenty of debate in the academic literature about the nature of the common good or public interest in planning. There is a recognition that the idea is one that is extremely difficult to isolate in practical terms; nevertheless, scholars insist that the idea ‘…remains the pivot around which debates about the nature of planning and its purposes turn’ (Campbell & Marshall, 2002, 163–64). At the point of first principles, these debates have broached political theories of the state and even philosophies of science that inform critiques of rationality, social justice and power. In the planning arena specifically, much of the scholarship has tended to focus on theorising the move from a rational comprehensive planning system in the 1960s and 1970s, to one that is now dominated by deliberative democracy in the form of collaborative planning. In theoretical terms, this debate has been framed by a movement from what are perceived as objective and elitist notions of planning practice and decision-making to ones that are considered (by some) to be ‘inter-subjective’ and non-elitist. Yet despite significant conceptual debate, only a small number of empirical studies have tackled the issue by investigating notions of the common good from the perspective of planning practitioners. What do practitioners understand by the idea of the common good in planning? Do they actively consider it when making planning decisions? Do governance/institutional barriers exist to pursuing the common good in planning? In this paper, these sorts of questions are addressed using the case of Ireland. The methodology consists of a series of semi-structured qualitative interviews with 20 urban planners working across four planning authorities within the Greater Dublin Area, Ireland. The findings show that the most frequently cited definition of the common good is balancing different competing interests and avoiding/minimising the negative effects of development. The results show that practitioner views of the common good are far removed from the lofty ideals of planning theory and reflect the ideological shift of planners within an institution that has been heavily neoliberalised since the 1970s.

3D Ionospheric Effects on HF Propagation and Heating

The thesis uses a three-dimensional, first-principles model of the ionosphere in combination with High Frequency (HF) raytracing model to address key topics related to the physics of HF propagation and artificial ionospheric heating. In particular: 1. Explores the effect of the ubiquitous electron density gradients caused by Medium Scale Traveling Ionospheric Disturbances (MSTIDs) on high-angle of incidence HF radio wave propagation. Previous studies neglected the all-important presence of horizontal gradients in both the cross- and down-range directions, which refract the HF waves, significantly changing their path through the ionosphere. The physics-based ionosphere model SAMI3/ESF is used to generate a self-consistently evolving MSTID that allows for the examination of the spatio-temporal progression of the HF radio waves in the ionosphere. 2. Tests the potential and determines engineering requirements for ground- based high power HF heaters to trigger and control the evolution of Equatorial Spread F (ESF). Interference from ESF on radio wave propagation through the ionosphere remains a critical issue on HF systems reliability. Artificial HF heating has been shown to create plasma density cavities in the ionosphere similar to those that may trigger ESF bubbles. The work explores whether HF heating may trigger or control ESF bubbles. 3. Uses the combined ionosphere and HF raytracing models to create the first self-consistent HF Heating model. This model is utilized to simulate results from an Arecibo experiment and to provide understanding of the physical mechanism behind observed phenomena. The insights gained provide engineering guidance for new artificial heaters that are being built for use in low to middle latitude regions. In accomplishing the above topics: (i) I generated a model MSTID using the SAMI3/ESF code, and used a raytrace model to examine the effects of the MSTID gradients on radio wave propagation observables; (ii) I implemented a three- dimensional HF heating model in SAMI3/ESF and used the model to determine whether HF heating could artificially generate an ESF bubble; (iii) I created the first self-consistent model for artificial HF heating using the SAMI3/ESF ionosphere model and the MoJo raytrace model and ran a series of simulations that successfully modeled the results of early artificial heating experiments at Arecibo.

Vector Graphics: From PostScript and Flash to SVG

The XML-based specification for Scalable Vector Graphics (SVG), sponsored by the World Wide Web consortium, allows for compact and descriptive vector graphics for the Web. SVG s domain of discourse is that of graphic primitives whose optional attributes express line thickness, fill patterns, text size and so on. These primitives have very different properties from those of traditional document components (e.g. sections, paragraphs etc.) that XML is normally called upon to express. This paper describes a set of three tools for creating SVG, either from first principles or via the conversion of existing formats. The ab initio generation of SVG is effected from a server-side CGI script, using a PERL library of drawing functions; later sections highlight the problems of converting Adobe PostScript and Macromedia s Shockwave format (SWF) into SVG.

A new age of fuel performance code criteria studied through advanced atomistic simulation techniques

A fundamental step in understanding the effects of irradiation on metallic uranium and uranium dioxide ceramic fuels, or any material, must start with the nature of radiation damage on the atomic level. The atomic damage displacement results in a multitude of defects that influence the fuel performance. Nuclear reactions are coupled, in that changing one variable will alter others through feedback. In the field of fuel performance modeling, these difficulties are addressed through the use of empirical models rather than models based on first principles. Empirical models can be used as a predictive code through the careful manipulation of input variables for the limited circumstances that are closely tied to the data used to create the model. While empirical models are efficient and give acceptable results, these results are only applicable within the range of the existing data. This narrow window prevents modeling changes in operating conditions that would invalidate the model as the new operating conditions would not be within the calibration data set. This work is part of a larger effort to correct for this modeling deficiency. Uranium dioxide and metallic uranium fuels are analyzed through a kinetic Monte Carlo code (kMC) as part of an overall effort to generate a stochastic and predictive fuel code. The kMC investigations include sensitivity analysis of point defect concentrations, thermal gradients implemented through a temperature variation mesh-grid, and migration energy values. In this work, fission damage is primarily represented through defects on the oxygen anion sublattice. Results were also compared between the various models. Past studies of kMC point defect migration have not adequately addressed non-standard migration events such as clustering and dissociation of vacancies. As such, the General Utility Lattice Program (GULP) code was utilized to generate new migration energies so that additional non-migration events could be included into kMC code in the future for more comprehensive studies. Defect energies were calculated to generate barrier heights for single vacancy migration, clustering and dissociation of two vacancies, and vacancy migration while under the influence of both an additional oxygen and uranium vacancy.

Improving the use of G-CSF during chemotherapy using physiological mathematical modelling : a quantitative systems pharmacology approach

La diminution des doses administrées ou même la cessation complète d'un traitement chimiothérapeutique est souvent la conséquence de la réduction du nombre de neutrophiles, qui sont les globules blancs les plus fréquents dans le sang. Cette réduction dans le nombre absolu des neutrophiles, aussi connue sous le nom de myélosuppression, est précipitée par les effets létaux non spécifiques des médicaments anti-cancéreux, qui, parallèlement à leur effet thérapeutique, produisent aussi des effets toxiques sur les cellules saines. Dans le but d'atténuer cet impact myélosuppresseur, on administre aux patients un facteur de stimulation des colonies de granulocytes recombinant humain (rhG-CSF), une forme exogène du G-CSF, l'hormone responsable de la stimulation de la production des neutrophiles et de leurs libération dans la circulation sanguine. Bien que les bienfaits d'un traitement prophylactique avec le G-CSF pendant la chimiothérapie soient bien établis, les protocoles d'administration demeurent mal définis et sont fréquemment déterminés ad libitum par les cliniciens. Avec l'optique d'améliorer le dosage thérapeutique et rationaliser l'utilisation du rhG-CSF pendant le traitement chimiothérapeutique, nous avons développé un modèle physiologique du processus de granulopoïèse, qui incorpore les connaissances actuelles de pointe relatives à la production des neutrophiles des cellules souches hématopoïétiques dans la moelle osseuse. À ce modèle physiologique, nous avons intégré des modèles pharmacocinétiques/pharmacodynamiques (PK/PD) de deux médicaments: le PM00104 (Zalypsis®), un médicament anti-cancéreux, et le rhG-CSF (filgrastim). En se servant des principes fondamentaux sous-jacents à la physiologie, nous avons estimé les paramètres de manière exhaustive sans devoir recourir à l'ajustement des données, ce qui nous a permis de prédire des données cliniques provenant de 172 patients soumis au protocol CHOP14 (6 cycles de chimiothérapie avec une période de 14 jours où l'administration du rhG-CSF se fait du jour 4 au jour 13 post-chimiothérapie). En utilisant ce modèle physio-PK/PD, nous avons démontré que le nombre d'administrations du rhG-CSF pourrait être réduit de dix (pratique actuelle) à quatre ou même trois administrations, à condition de retarder le début du traitement prophylactique par le rhG-CSF. Dans un souci d'applicabilité clinique de notre approche de modélisation, nous avons investigué l'impact de la variabilité PK présente dans une population de patients, sur les prédictions du modèle, en intégrant des modèles PK de population (Pop-PK) des deux médicaments. En considérant des cohortes de 500 patients in silico pour chacun des cinq scénarios de variabilité plausibles et en utilisant trois marqueurs cliniques, soient le temps au nadir des neutrophiles, la valeur du nadir, ainsi que l'aire sous la courbe concentration-effet, nous avons établi qu'il n'y avait aucune différence significative dans les prédictions du modèle entre le patient-type et la population. Ceci démontre la robustesse de l'approche que nous avons développée et qui s'apparente à une approche de pharmacologie quantitative des systèmes (QSP). Motivés par l'utilisation du rhG-CSF dans le traitement d'autres maladies, comme des pathologies périodiques telles que la neutropénie cyclique, nous avons ensuite soumis l'étude du modèle au contexte des maladies dynamiques. En mettant en évidence la non validité du paradigme de la rétroaction des cytokines pour l'administration exogène des mimétiques du G-CSF, nous avons développé un modèle physiologique PK/PD novateur comprenant les concentrations libres et liées du G-CSF. Ce nouveau modèle PK a aussi nécessité des changements dans le modèle PD puisqu’il nous a permis de retracer les concentrations du G-CSF lié aux neutrophiles. Nous avons démontré que l'hypothèse sous-jacente de l'équilibre entre la concentration libre et liée, selon la loi d'action de masse, n'est plus valide pour le G-CSF aux concentrations endogènes et mènerait en fait à la surestimation de la clairance rénale du médicament. En procédant ainsi, nous avons réussi à reproduire des données cliniques obtenues dans diverses conditions (l'administration exogène du G-CSF, l'administration du PM00104, CHOP14). Nous avons aussi fourni une explication logique des mécanismes responsables de la réponse physiologique aux deux médicaments. Finalement, afin de mettre en exergue l’approche intégrative en pharmacologie adoptée dans cette thèse, nous avons démontré sa valeur inestimable pour la mise en lumière et la reconstruction des systèmes vivants complexes, en faisant le parallèle avec d’autres disciplines scientifiques telles que la paléontologie et la forensique, où une approche semblable a largement fait ses preuves. Nous avons aussi discuté du potentiel de la pharmacologie quantitative des systèmes appliquées au développement du médicament et à la médecine translationnelle, en se servant du modèle physio-PK/PD que nous avons mis au point.

Exploiting the clustering of cosmic voids as a novel cosmological probe

The investigations of the large-scale structure of our Universe provide us with extremely powerful tools to shed light on some of the open issues of the currently accepted Standard Cosmological Model. Until recently, constraining the cosmological parameters from cosmic voids was almost infeasible, because the amount of data in void catalogues was not enough to ensure statistically relevant samples. The increasingly wide and deep fields in present and upcoming surveys have made the cosmic voids become promising probes, despite the fact that we are not yet provided with a unique and generally accepted definition for them. In this Thesis we address the two-point statistics of cosmic voids, in the very first attempt to model its features with cosmological purposes. To this end, we implement an improved version of the void power spectrum presented by Chan et al. (2014). We have been able to build up an exceptionally robust method to tackle with the void clustering statistics, by proposing a functional form that is entirely based on first principles. We extract our data from a suite of high-resolution N-body simulations both in the LCDM and alternative modified gravity scenarios. To accurately compare the data to the theory, we calibrate the model by accounting for a free parameter in the void radius that enters the theory of void exclusion. We then constrain the cosmological parameters by means of a Bayesian analysis. As far as the modified gravity effects are limited, our model is a reliable method to constrain the main LCDM parameters. By contrast, it cannot be used to model the void clustering in the presence of stronger modification of gravity. In future works, we will further develop our analysis on the void clustering statistics, by testing our model on large and high-resolution simulations and on real data, also addressing the void clustering in the halo distribution. Finally, we also plan to combine these constraints with those of other cosmological probes.

First Report on Rotenoids as Neurotoxic Principles of Seeds from Aeschynomene indica (Leguminosae)

Toxic principles from seeds of Aeschynomene indica collected in Brazil were analyzed. Dalpanol, 12 alpha-hydroxydalpanol and 11-hydroxydalpanol were identified using (1)H NMR in A. indica for the first time. 11-hydroxydalpanol has not been previously reported in the existing literature. Furthermore these rotenoids are likely the toxic principles that cause neurological signs in mice.

Basis set convergence in Hartree-Fock calculations of some diatomic molecules containing first and second-row atoms

Investiga-se a convergência de conjuntos de bases em direção ao limite numérico da energia Hartree-Fock (HF) total para as seqüências hierárquicas dos conjuntos de bases XZP e ccpVXZ. Para as duas hierarquias, melhoramentos significativos são obtidos com cada incremento em X. Para estimar o limite do conjunto de base completo, uma forma exponencial foi usada. Entre as várias aproximações consideradas aqui, uma extrapolação exponencial de três parâmetros aplicada aos resultados TZP, QZP e 5ZP deu os limites do conjunto de bases mais precisos. Em adição, energias HF dos orbitais moleculares ocupados mais altos de algumas moléculas diatômicas foram calculadas com o conjunto 5ZP e comparadas com as correspondentes obtidas com o conjunto cc-pV5Z e com um método numérico HF.