Theoretical investigations of experimental gravitation

This thesis has two basic themes: the investigation of new experiments which can be used to test relativistic gravity, and the investigation of new technologies and new experimental techniques which can be applied to make gravitational wave astronomy a reality.

Advancing technology will soon make possible a new class of gravitation experiments: pure laboratory experiments with laboratory sources of non-Newtonian gravity and laboratory detectors. The key advance in techno1ogy is the development of resonant sensing systems with very low levels of dissipation. Chapter 1 considers three such systems (torque balances, dielectric monocrystals, and superconducting microwave resonators), and it proposes eight laboratory experiments which use these systems as detectors. For each experiment it describes the dominant sources of noise and the technology required.

The coupled electro-mechanical system consisting of a microwave cavity and its walls can serve as a gravitational radiation detector. A gravitational wave interacts with the walls, and the resulting motion induces transitions from a highly excited cavity mode to a nearly unexcited mode. Chapter 2 describes briefly a formalism for analyzing such a detector, and it proposes a particular design.

The monitoring of a quantum mechanical harmonic oscillator on which a classical force acts is important in a variety of high-precision experiments, such as the attempt to detect gravitational radiation. Chapter 3 reviews the standard techniques for monitoring the oscillator; and it introduces a new technique which, in principle, can determine the details of the force with arbitrary accuracy, despite the quantum properties of the oscillator.

The standard method for monitoring the oscillator is the "amplitude- and-phase" method (position or momentum transducer with output fed through a linear amplifier). The accuracy obtainable by this method is limited by the uncertainty principle. To do better requires a measurement of the type which Braginsky has called "quantum nondemolition." A well-known quantum nondemolition technique is "quantum counting," which can detect an arbitrarily weak force, but which cannot provide good accuracy in determining its precise time-dependence. Chapter 3 considers extensively a new type of quantum nondemolition measurement - a "back-action-evading" measurement of the real part X₁ (or the imaginary part X₂) of the oscillator's complex amplitude. In principle X₁ can be measured arbitrarily quickly and arbitrarily accurately, and a sequence of such measurements can lead to an arbitrarily accurate monitoring of the classical force.

Chapter 3 describes explicit gedanken experiments which demonstrate that X₁ can be measured arbitrarily quickly and arbitrarily accurately, it considers approximate back-action-evading measurements, and it develops a theory of quantum nondemolition measurement for arbitrary quantum mechanical systems.

In Rosen's "bimetric" theory of gravity the (local) speed of gravitational radiation v_g is determined by the combined effects of cosmological boundary values and nearby concentrations of matter. It is possible for v_g to be less than the speed of light. Chapter 4 shows that emission of gravitational radiation prevents particles of nonzero rest mass from exceeding the speed of gravitational radiation. Observations of relativistic particles place limits on v_g and the cosmological boundary values today, and observations of synchrotron radiation from compact radio sources place limits on the cosmological boundary values in the past.

Effects of magnetostriction and superlattice formation in ferromagnetic thin films

The contribution to the magnetic uniaxial perpendicular anisotropy which arises from substrate constraint through magnetostrictive effects has been measured in Ni-Fe and Ni-Co thin films evaporated on substrates at room temperature. This was accomplished by measuring the perpendicular anisotropy before and after removal of the film from the substrate. Data are given for the fcc crystal structure regions of both alloy systems, but data for Ni-Co include compositions with less than 60% Ni which have a small percentage of the hcp phase mixed with the fcc phase. The constraint contribution to the perpendicular anisotropy correlates well with the value of the bulk magnetostriction constant using the equation ∆K_˔=3/2λ_sσ. Measured values of isotropic stress for films thicker than 600 Å were 1.6 x 10¹⁰ dyn/cm². In films less than 600 Å thick the isotropic stress decreased with decreasing thickness. After removal of the films from the substrates, the measured perpendicular anisotropy deviated from the expected geometrical shape anisotropy near pure Ni in both alloys. This indicates that additional significant sources of anisotropy exist at these compositions.

The effect of substrate constraint on the crystalline anisotropy K₁ of Ni-Fe epitaxial films has been studied by use of a film removal technique, which involves the evaporation of an epitaxial layer of LiF on MgO, the epitaxial growth of the metallic film on the LiF, and the stripping of the film with water soluble tape. Films ranging in composition from 50% to 100% Ni have been studied. For compositions below 90% Ni the experimental values agree reasonably well with the first order theoretical prediction, ∆K₁=[-9/4(C₁₁-C₁₂)λ² 100+9/2C₄₄λ²111].

In order to compare the magnetic properties of epitaxial thin films more completely with the properties of bulk single crystals, Ni-Fe films ranging in composition from 60% to 90% Ni, which were evaporated epitaxially on (100) MgO substrates, have been subsequently annealed at 400°C in a vacuum of less than 10^-7 Torr to form the ordered Ni₃Fe structure near the 75% composition. This ordered structure has been confirmed by electron diffraction.

The saturation magnetization at Ni₃Fe increased about 6% with ordering which is in good agreement with previous bulk data. Measurements of the magnetocrystalline anisotropy energy K₁ for the epitaxial films show the same large changes with ordering as observed in bulk single crystal samples. In the (001) plane the magnetostriction constants ^λ100, ^λ111 are directly related to the induced anisotropy due to a uniform uniaxial strain in the [100] and [110] directions respectively. Assuming that the elastic constants of a film are the same as in bulk material and are unchanged by ordering, the changes in strain sensitivity with ordering for the epitaxial films are found to be in good agreement with values predicted from bulk data. The exchange constant A as measured by ferromagnetic resonance has been measured at the Ni₃Fe composition and found to increase 25% with ordering. This seems to indicate a significant increase in the Curie temperature which has only been inferred indirectly for bulk material.

Experimental studies of weak superconductivity

Experimental investigations were made of the nature of weak superconductivity in a structure having well-defined, controllable characteristics and geometry. Controlled experiments were made possible by using a thin-film structure which was entirely metallic and consisted of a superconducting film with a localized section that was weak in the sense that its transition temperature was depressed relative to the rest of the film. The depression of transition temperature was brought about by underlaying the superconductor with a normal metal.

The DC and AC electrical characteristics of this structure were studied. It was found that this structure exhibited a non-zero, time-average supercurrent at finite voltage to at least .2 mV, and generated an oscillating electric potential at a frequency given by the Josephson relation. The DC V-I characteristic and the amplitude of the AC oscillation were found to be consistent with a two- fluid (normal current-supercurrent) model of weak super-conductivity based on e thermodynamically irreversible process of repetitive phase-slip, and featuring a periodic time dependence in the amplitude of the superconducting order parameter.

The observed linewidth of the AC oscillation could be accounted for by incorporating Johnson noise in the two-fluid model.

Experimentally it was found that the behavior of a short (length on the order of the coherence distance) weak superconductor could be characterized by its critical current and normal-state resistance, and an empirical expression was obtained for the time dependence of the super-current and voltage.

It was found that the results could not be explained on the basis of the theory of the Josephson junction.

Efeito da competição entre a supercondutividade e as insinstabilidades de Pomeranchuk no canal de spin

Nós estudamos a competição entre a instabilidade de Pomeranchuk no canal de spin com momento angular l=1 e uma interação atrativa, favorecendo a formação de um par de Cooper. Achamos, numa aproximação de campo médio, uma forte supressão da instabilidade de Pomeranchuk via supercondutividade. Além disso, identificamos uma fase supercondutora metaestável com características semelhantes ao estado FFLO. Um líquido de Fermi é, com exceção de uma dimensão, um estado muito estável da matéria. Por outro lado dois tipos de instabilidades, relacionadas com interações atrativas, são conhecidas: Instabilidades Pomeranchuk e supercondutora. As instabilidades Pomeranchuk ocorrem na presença da interação de dois corpos contendo uma forte componente atrativa no canal de espalhamento para frente com momento angular definido. No contexto da teoria de Landau, a instabilidade ocorre quando um ou mais parâmetros admensionais de Landau nos canais de spin ou carga, adquirem altos valores negativos. As instabilidades Pomeranchuk no setor de carga quebram a simetria de rotação. Em particular, uma instabilidade em alguns canais produz uma deformação elipsoidal na superfície de Fermi.

Quantum Simulation of Dissipative Processes without Reservoir Engineering

We present a quantum algorithm to simulate general finite dimensional Lindblad master equations without the requirement of engineering the system-environment interactions. The proposed method is able to simulate both Markovian and non-Markovian quantum dynamics. It consists in the quantum computation of the dissipative corrections to the unitary evolution of the system of interest, via the reconstruction of the response functions associated with the Lindblad operators. Our approach is equally applicable to dynamics generated by effectively non-Hermitian Hamiltonians. We confirm the quality of our method providing specific error bounds that quantify its accuracy.

Teoria de Landau-Ginzburg para o estado supercondutor nemático

O objetivo geral deste projeto é propor um modelo bidimensional que descreva o novo estado supercondutor, que apresenta simetria de cristal líquido, chamado de supercondutor nemático. O estudo começa com uma introdução sobre a teoria de Landau-Ginzburg das transições de fase, onde são discutidos conceitos como parâmetro de ordem e as ordens das transições de fase, que são essenciais para o desenvolvimento deste projeto. Em seguida, é feita uma discussão sobre as principais características dos supercondutores como a resistência zero, o efeito Meissner-Ochsenfeld, os tipos de supercondutores, o surgimento de vórtices e uma análise sobre a teoria de Landau-Ginzburg para transição de fase metal-supercondutor. Após isto, é feita uma abordagem sobre os principais tipos de cristais líquidos, com destaque ao cristal líquido nemático, onde é desenvolvida a teoria de Landau-Ginzburg para transição de fase isotrópica-nemática e um estudo sobre o surgimento de disclinações no cristal líquido nemático em duas dimensões. Por fim, é apresentado o modelo proposto para descrever o estado supercondutor nemático, com a construção da teoria de Landau-Ginzburg, o estudo do acoplamento entre as fases e os defeitos topológicos presentes nesse estado.

O direito de comunicar, por que não? Comunicação alternativa aplicada à pessoas com necessidades educacionais especiais no contexto de sala de aula

Uma criança que não desenvolve a linguagem oral é privada de um dos instrumentos mais fundamentais para atingir o amadurecimento completo como ser humano. O emprego dos recursos da Comunicação Alternativa, envolvendo gestos manuais, expressões faciais e corporais, símbolos gráficos e voz digitalizada ou sintetizada, possibilita a comunicação face a face desta criança. O presente trabalho teve como objetivo geral verificar os efeitos da introdução da Comunicação Alternativa nas interações entre alunos, professores e profissionais de uma escola especial destinada a indivíduos com deficiência mental e deficiência múltipla. A pesquisa, com duração de um ano letivo, composta por três estudos, teve como participantes oito alunos, a professora da turma, que era também a pesquisadora, e uma merendeira. Foram utilizados os sistemas gráficos de Comunicação Alternativa, fundamentados nos procedimentos do ensino naturalístico de Warren e Rogers-Warren. Os três estudos, conduzidos por um delineamento quase experimental de sujeito como seu próprio controle, foram compostos por três fases cada um: linha de base, ensino e follow-up. Todas as sessões foram gravadas em vídeo tape para posterior transcrição. No primeiro estudo, conduzido em 11 sessões experimentais, os alunos foram ensinados a empregar os cartões pictográficos para solicitar permissão para satisfazer necessidades básicas, como ir ao refeitório, ao banheiro, beber água, ouvir música, etc., ou para desempenhar determinadas atividades na sala de aula. No segundo, desenvolvido em 56 sessões experimentais, eles foram ensinados a usar o sistema pictográfico para selecionar os itens de sua refeição, que, anteriormente, eram-lhes oferecidos sem possibilidade de escolha. Neste estudo, a merendeira também foi ensinada a favorecer o uso do sistema pelos alunos. Finalmente, no terceiro estudo, conduzido em 10 sessões experimentais, o sistema pictográfico foi utilizado pelos alunos para favorecer a participação ativa na contagem de histórias pela professora, assim como responder perguntas de compreensão destas histórias. Com efeito, os alunos passaram a fazer uso do sistema de Comunicação Alternativa Ampliada (CAA) para comunicar seus desejos e pensamentos a seus próprios colegas, assim como aos professores, diretores e funcionários da instituição escolar. A possibilidade de se comunicar por meio do sistema pareceu encorajá-los a se expressarem intencionalmente também com vocalizações e verbalizações. A análise dos dados indicou a eficácia do ensino naturalístico para instalação e manutenção do emprego do sistema pictográfico associado a outras modalidades de comunicação a gestual, a vocal e a verbal nas atividades propostas.

Practical vortex diodes from pinning enhanced YBa2 Cu 3 O7-δ

We identify a scalable, practical route to fabricating a superconducting diode. The device relies for its function on the barrier to flux vortex entry being reduced at the substrate interface of a superconducting pinning enhanced YBa2 Cu3 O7-δ nanocomposite film. We show that these composite systems provide a practical route to fabricating a useful superconducting diode and demonstrate the rectification of an alternating current. © 2009 American Institute of Physics.

Deposition of Au/TiO2 film by pulsed laser

Au nanoparticles, which were photoreduced by a Nd:YAG laser in HAuCl4 solution containing TiO2 colloid and accompanied by the TiO2 particles, were deposited on the substrate surface. The film consisting of Au/TiO2 particles was characterized by the absorption spectra, scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD) analysis. The adhesion between the film and substrate was evaluated by using adhesive tape test. It was found that the presence of TiO2 dramatically enhanced the adhesion strength between the film and the substrate, as well as the deposition rate of film. The mechanism for the deposition of Au/TiO2 film was also discussed. (c) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

Role of f electrons in the Fermi surface of the heavy fermion superconductor beta-YbAlB4.

We present a detailed quantum oscillation study of the Fermi surface of the recently discovered Yb-based heavy fermion superconductor beta-YbAlB4. We compare the data, obtained at fields from 10 to 45 T, to band structure calculations performed using the local density approximation. Analysis of the data suggests that f holes participate in the Fermi surface up to the highest magnetic fields studied. We comment on the significance of these findings for the unconventional superconducting properties of this material.

Influence of Cr interlayer on the structure and optical properties of Ag films on glass substrate by magnetron sputtering

Optical properties and microstructure of Ag film on glass substrate with Cr intermediate layer were studied by using spectrophotometer and XRD. The spectra results showed that introducing Cr intermediate layer reduced the surface roughness and promoted the reflectivity of Ag film. The XRD analysis showed that the crystalline grains increased and the stress decreased. The adhesion was also improved by using the tape test method. (c) 2006 Published by Elsevier B.V.

AMO: Ateliê Móvel Oficial

Este texto é uma fabulação que cumpre papel de revelar um processo de trabalho em arte ao longo de dois anos. Trata-se de um percurso teórico-poético percorrido a partir da descoberta/invenção de um ateliê de criação em meio a minha residência. Um quadrado de 2x2 metros demarcado por sobreposição = fita amarela. Instaurado em divergentes contextos paisagísticos = casa, quarto de hotel, estúdio de dança, galeria de arte, palco, cidade. Trata de habitar os mesmos friccionando esfera de vivência pessoal e sítio específico de acontecimento. No texto, tem lugar reflexões pessoais a partir do trabalho, articulada a outros artistas (como Lygia Clark, Angel e Klauss Vianna, Antonin Artaud, Yves Klein, Min Tanaka, Tadashi Endo) e teóricos (dentre eles Hannah Arendt e Michel Foucault), compondo diferentes tons de fala produzidos ao longo desse período de trabalho

Antonomásias discursivas do nome próprio: uma abordagem semiótico-funcional e cognitiva

Nas gramáticas tradicionais da língua portuguesa, o estudo sobre a antonomásia, figura de linguagem que designa o processo de passagem de um nome próprio a um nome comum e vice-versa, é visto ora ligado ao conceito de metáfora, ora ligado à relação parte- todo, isto é, à metonímia. Na maioria das vezes, os exemplos mostrados nessas abordagens tradicionais estão descontextualizados, ou seja, não são retirados de um emprego discursivo- dialógico da língua. O principal objetivo desta tese é fazer uma reflexão sobre o potencial semiótico- funcional e cognitivo dos nomes próprios nas antonomásias discursivas, ou seja, aquelas que ainda não estão dicionarizadas, porque são temporárias, e, consequentemente, sua interpretação pertence ao âmbito do processamento discursivo. Tendo como base teórica a teoria dos Espaços Mentais em seu segundo momento, reconhecida como teoria da Integração Conceptual (FAUCONNIER; TURNER, 2002), e a teoria da Iconicidade Verbal, desenvolvida por Simões (2009), baseada nos estudos semióticos de Charles Sanders Peirce, analisar-se-ão, nesta tese, os seguintes aspectos do nome próprio nas antonomásias discursivas: a forma do nome próprio, ou seja, sua plasticidade, que é a característica central da iconicidade diagramática, e a iconicidade isotópica, que age como uma espécie de condutor temático para a formação de sentido de um texto. Esses dois tipos de iconicidade se inserem numa rede mais ampla de signos denominada iconicidade verbal, ou lexical (SIMÕES, 2004), que abrange efeitos tanto de ordem discursiva (discursivização) como de ordem estilística. Assim, ao se conceber o estudo das antonomásias discursivas do nome próprio em uma perspectiva semiótico- discursiva e cognitiva, ter-se-á dado mais um passo nos estudos dos itens lexicais que atuam como organizadores de sentido de um texto

Formação in vitro de biofilme de Candida albicans em materiais usados no preenchimento dos acessos aos parafusos das próteses sobre implantes

Os orifícios de acesso aos parafusos de retenção devem ser preenchidos para que o parafuso não seja danificado caso seja necessária a remoção da prótese. Dentre os materiais mais utilizados estão o algodão, a fita de politetrafluoretileno e a guta percha. O objetivo deste estudo é avaliar a formação de biofilme de Candida albicans nos materiais anteriormente descritos, buscando estabelecer um parâmetro que contribua para a escolha do tipo de material mais adequado a ser utilizado clinicamente. Foram utilizados UCLAs, análogos e parafusos sextavados, todos de titânio. Os conjuntos foram montados com torque de 32N. Os materiais foram condensados no interior dos UCLAs e colocados em meio de cultura com uma suspensão de 3x106 células/ml de Candida albicans. O sistema foi armazenado à 37C com agitação, por 15 dias e o meio foi renovado a cada 48 horas. A quantificação de biofilme foi realizada pelo ensaio de MTT e leitura à 490nm, resultando em diferentes valores de densidade óptica. A normalidade (p=0,304 - Kolmogorov-Smirnov) e a igualdade de variâncias (p=0,721 - Scheffe) foram testadas primeiramente. O teste de análise de variância demonstrou diferença significativa entre os grupos (p<0,001) e com o Holm-Sidak foi observada diferença significativa entre os grupos algodão e guta (p<0,05) e algodão e fita de politetrafluoetileno (p<0,05); não houve diferença significativa entre os grupos guta e fita de politatrafluoretileno (p>0,05), apesar dos valores da fita de politetrafluoetileno terem sido maiores. Considerando-se as limitações deste estudo in vitro, podemos concluir que tanto a guta-percha quanto a fita de politetrafluoretileno apresentaram menor formação de biofilme, não havendo diferença estatisticamente significativa entre os materiais. O algodão apresentou um nível de formação de biofilme significativamente maior que a fita de politetrafluoretileno e a guta percha. Diante disso, serão necessários novos estudos para confirmar as limitações que este tipo de material pode apresentar quando usado como material de preenchimento do acesso do parafuso da prótese sobre implante.

Parity-dependent State Engineering and Tomography in the ultrastrong coupling regime

Reaching the strong coupling regime of light-matter interaction has led to an impressive development in fundamental quantum physics and applications to quantum information processing. Latests advances in different quantum technologies, like superconducting circuits or semiconductor quantum wells, show that the ultrastrong coupling regime (USC) can also be achieved, where novel physical phenomena and potential computational benefits have been predicted. Nevertheless, the lack of effective decoupling mechanism in this regime has so far hindered control and measurement processes. Here, we propose a method based on parity symmetry conservation that allows for the generation and reconstruction of arbitrary states in the ultrastrong coupling regime of light-matter interactions. Our protocol requires minimal external resources by making use of the coupling between the USC system and an ancillary two-level quantum system.