948 resultados para Ginzburg-Landau-Langevin equations


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We derive and employ a semiclassical Langevin equation obtained from path integrals to describe the ionic dynamics of a molecular junction in the presence of electrical current. The electronic environment serves as an effective nonequilibrium bath. The bath results in random forces describing Joule heating, current-induced forces including the nonconservative wind force, dissipative frictional forces, and an effective Lorentz-type force due to the Berry phase of the nonequilibrium electrons. Using a generic two-level molecular model, we highlight the importance of both current-induced forces and Joule heating for the stability of the system. We compare the impact of the different forces, and the wide-band approximation for the electronic structure on our result. We examine the current-induced instabilities (excitation of runaway "waterwheel" modes) and investigate the signature of these in the Raman signals.

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Nanoscale electromechanical activity, remanent polarization states, and hysteresis loops in paraelectric TiO2 and SrTiO3 thin films are observed using scanning probe microscopy. The coupling between the ionic dynamics and incipient ferroelectricity in these materials is analyzed using extended Landau-Ginzburg-Devonshire (LGD) theory. The possible origins of electromechanical coupling including ionic dynamics, surface-charge induced electrostriction, and ionically induced ferroelectricity are identified. For the latter, the ionic contribution can change the sign of first order LGD expansion coefficient, rendering material effectively ferroelectric. The lifetime of these ionically induced ferroelectric states is then controlled by the transport time of the mobile ionic species and well above that of polarization switching. These studies provide possible explanation for ferroelectric-like behavior in centrosymmetric transition metal oxides.

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Physical modelling of musical instruments involves studying nonlinear interactions between parts of the instrument. These can pose several difficulties concerning the accuracy and stability of numerical algorithms. In particular, when the underlying forces are non-analytic functions of the phase-space variables, a stability proof can only be obtained in limited cases. An approach has been recently presented by the authors, leading to unconditionally stable simulations for lumped collision models. In that study, discretisation of Hamilton’s equations instead of the usual Newton’s equation of motion yields a numerical scheme that can be proven to be energy conserving. In this paper, the above approach is extended to collisions of distributed objects. Namely, the interaction of an ideal string with a flat barrier is considered. The problem is formulated within the Hamiltonian framework and subsequently discretised. The resulting nonlinearmatrix equation can be shown to possess a unique solution, that enables the update of the algorithm. Energy conservation and thus numerical stability follows in a way similar to the lumped collision model. The existence of an analytic description of this interaction allows the validation of the model’s accuracy. The proposed methodology can be used in sound synthesis applications involving musical instruments where collisions occur either in a confined (e.g. hammer-string interaction, mallet impact) or in a distributed region (e.g. string-bridge or reed-mouthpiece interaction).

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We introduce the equations of magneto-quantum-radiative hydrodynamics. By rewriting them in a dimensionless form, we obtain a set of parameters that describe scale-dependent ratios of characteristic hydrodynamic quantities. We discuss how these dimensionless parameters relate to the scaling between astrophysical observations and laboratory experiments.

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The generalized Langevin equation (GLE) method, as developed previously [L. Stella et al., Phys. Rev. B 89, 134303 (2014)], is used to calculate the dissipative dynamics of systems described at the atomic level. The GLE scheme goes beyond the commonly used bilinear coupling between the central system and the bath, and permits us to have a realistic description of both the dissipative central system and its surrounding bath. We show how to obtain the vibrational properties of a realistic bath and how to convey such properties into an extended Langevin dynamics by the use of the mapping of the bath vibrational properties onto a set of auxiliary variables. Our calculations for a model of a Lennard-Jones solid show that our GLE scheme provides a stable dynamics, with the dissipative/relaxation processes properly described. The total kinetic energy of the central system always thermalizes toward the expected bath temperature, with appropriate fluctuation around the mean value. More importantly, we obtain a velocity distribution for the individual atoms in the central system which follows the expected canonical distribution at the corresponding temperature. This confirms that both our GLE scheme and our mapping procedure onto an extended Langevin dynamics provide the correct thermostat. We also examined the velocity autocorrelation functions and compare our results with more conventional Langevin dynamics.

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Esta dissertação estuda essencialmente dois problemas: (A) uma classe de equações unidimensionais de reacção-difusão-convecção em meios não uniformes (dependentes do espaço), e (B) um problema elíptico não-linear e paramétrico ligado a fenómenos de capilaridade. A Análise de Perturbação Singular e a dinâmica de Hamilton-Jacobi são utilizadas na obtenção de expressões assimptóticas para a solução (com comportamento de frente) e para a sua velocidade de propagação. Os seguintes três métodos de decomposição, Adomian Decomposition Method (ADM), Decomposition Method based on Infinite Products (DIP), e New Iterative Method (NIM), são apresentados e brevemente comparados. Adicionalmente, condições suficientes para a convergência da solução em série, obtida pelo ADM, e uma aplicação a um problema da Telecomunicações por Fibras Ópticas, envolvendo EDOs não-lineares designadas equações de Raman, são discutidas. Um ponto de vista mais abrangente que unifica os métodos de decomposição referidos é também apresentado. Para subclasses desta EDP são obtidas soluções numa forma explícita, para diferentes tipos de dados e usando uma variante do método de simetrias de Bluman-Cole. Usando Teoria de Pontos Críticos (o teorema usualmente designado mountain pass) e técnicas de truncatura, prova-se a existência de duas soluções não triviais (uma positiva e uma negativa) para o problema elíptico não-linear e paramétrico (B). A existência de uma terceira solução não trivial é demonstrada usando Grupos Críticos e Teoria de Morse.

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Esta dissertação estuda em detalhe três problemas elípticos: (I) uma classe de equações que envolve o operador Laplaciano, um termo singular e nãolinearidade com o exponente crítico de Sobolev, (II) uma classe de equações com singularidade dupla, o expoente crítico de Hardy-Sobolev e um termo côncavo e (III) uma classe de equações em forma divergente, que envolve um termo singular, um operador do tipo Leray-Lions, e uma função definida nos espaços de Lorentz. As não-linearidades consideradas nos problemas (I) e (II), apresentam dificuldades adicionais, tais como uma singularidade forte no ponto zero (de modo que um "blow-up" pode ocorrer) e a falta de compacidade, devido à presença do exponente crítico de Sobolev (problema (I)) e Hardy-Sobolev (problema (II)). Pela singularidade existente no problema (III), a definição padrão de solução fraca pode não fazer sentido, por isso, é introduzida uma noção especial de solução fraca em subconjuntos abertos do domínio. Métodos variacionais e técnicas da Teoria de Pontos Críticos são usados para provar a existência de soluções nos dois primeiros problemas. No problema (I), são usadas uma combinação adequada de técnicas de Nehari, o princípio variacional de Ekeland, métodos de minimax, um argumento de translação e estimativas integrais do nível de energia. Neste caso, demonstramos a existência de (pelo menos) quatro soluções não triviais onde pelo menos uma delas muda de sinal. No problema (II), usando o método de concentração de compacidade e o teorema de passagem de montanha, demostramos a existência de pelo menos duas soluções positivas e pelo menos um par de soluções com mudança de sinal. A abordagem do problema (III) combina um resultado de surjectividade para operadores monótonos, coercivos e radialmente contínuos com propriedades especiais do operador de tipo Leray- Lions. Demonstramos assim a existência de pelo menos, uma solução no espaço de Lorentz e obtemos uma estimativa para esta solução.

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Solving systems of nonlinear equations is a very important task since the problems emerge mostly through the mathematical modelling of real problems that arise naturally in many branches of engineering and in the physical sciences. The problem can be naturally reformulated as a global optimization problem. In this paper, we show that a self-adaptive combination of a metaheuristic with a classical local search method is able to converge to some difficult problems that are not solved by Newton-type methods.

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In this paper we address the problem of computing multiple roots of a system of nonlinear equations through the global optimization of an appropriate merit function. The search procedure for a global minimizer of the merit function is carried out by a metaheuristic, known as harmony search, which does not require any derivative information. The multiple roots of the system are sequentially determined along several iterations of a single run, where the merit function is accordingly modified by penalty terms that aim to create repulsion areas around previously computed minimizers. A repulsion algorithm based on a multiplicative kind penalty function is proposed. Preliminary numerical experiments with a benchmark set of problems show the effectiveness of the proposed method.

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This paper characterizes four ‘fractal vegetables’: (i) cauliflower (brassica oleracea var. Botrytis); (ii) broccoli (brassica oleracea var. italica); (iii) round cabbage (brassica oleracea var. capitata) and (iv) Brussels sprout (brassica oleracea var. gemmifera), by means of electrical impedance spectroscopy and fractional calculus tools. Experimental data is approximated using fractional-order models and the corresponding parameters are determined with a genetic algorithm. The Havriliak-Negami five-parameter model fits well into the data, demonstrating that classical formulae can constitute simple and reliable models to characterize biological structures.