Ablation and ultrafast dynamics of zinc selenide under femtosecond laser irradiation

The ablation in zinc selenide (ZnSe) crystal is studied by using 150-fs, 800-nm laser system. The images of the ablation pit measured by scanning electronic microscope (SEM) show no thermal stress and melting dynamics. The threshold fluence is measured to be 0.7 J/cm2. The ultrafast ablation dynamics is studied by using pump and probe method. The result suggests that optical breakdown and ultrafast melting take place in ZnSe irradiated under femtosecond laser pulses.

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.

The statistical bootstrap model

A review is presented of the statistical bootstrap model of Hagedorn and Frautschi. This model is an attempt to apply the methods of statistical mechanics in high-energy physics, while treating all hadron states (stable or unstable) on an equal footing. A statistical calculation of the resonance spectrum on this basis leads to an exponentially rising level density ρ(m) ~ cm^-3 e^βom at high masses.

In the present work, explicit formulae are given for the asymptotic dependence of the level density on quantum numbers, in various cases. Hamer and Frautschi's model for a realistic hadron spectrum is described.

A statistical model for hadron reactions is then put forward, analogous to the Bohr compound nucleus model in nuclear physics, which makes use of this level density. Some general features of resonance decay are predicted. The model is applied to the process of NN annihilation at rest with overall success, and explains the high final state pion multiplicity, together with the low individual branching ratios into two-body final states, which are characteristic of the process. For more general reactions, the model needs modification to take account of correlation effects. Nevertheless it is capable of explaining the phenomenon of limited transverse momenta, and the exponential decrease in the production frequency of heavy particles with their mass, as shown by Hagedorn. Frautschi's results on "Ericson fluctuations" in hadron physics are outlined briefly. The value of β_o required in all these applications is consistently around [120 MeV]^-1 corresponding to a "resonance volume" whose radius is very close to ƛ_π. The construction of a "multiperipheral cluster model" for high-energy collisions is advocated.

Águas pluviais para usos não potáveis em escolas municipais: estudo de caso na região da baixada de Jacarepaguá, RJ.

A captação de águas pluviais não constitui nova estratégia ou tecnologia. No entanto, recentemente tem sido proposta em regiões bem desenvolvidas ou em desenvolvimento (peri-urbanas) em resposta a grandes períodos de estiagens, aumento da demanda por água, maior conscientização pública das enchentes urbanas e sua gênese e, aumento do interesse em práticas de construções sustentáveis, que integram também o uso racional da água. As escolas constituem uma importante fundação da nação, e tem influência no desenvolvimento da sociedade e da sensibilização/ conscientização sobre as questões ambientais. Muitos dos usos da água nas escolas envolvem usos menos nobres da água. Neste contexto, nessa dissertação de mestrado além da análise de marcos legais nesse assunto, foi realizada pesquisa de opinião (entrevista e questionário) junto a atores que interferem no processo decisório da utilização das águas pluviais nas escolas para fins não potáveis. Foram observadas as condições físicas-construtivas das escolas do município do Rio de Janeiro, sobretudo na região da 7a. CRE, que abrange a região da Baixada de Jacarepaguá, área de expansão da cidade. Foi implementada uma unidade para coleta e caracterização da qualidade das águas pluviais, além da caracterização e estudo dos volumes de primeiro descarte (first flush). Os parâmetros de qualidade da água pH, T, OD, ORP, Tu, STD, Condutividade e Salinidade, foram observados com auxílio de sonda multiparâmetros e, através de análise laboratorial de acordo com o Standard Methods, os coliformes termotolerantes. No estudo de percepção foi verificada uma grande aceitação do aproveitamento de águas pluviais para fins não potáveis, embora diretores de escola tenham apresentado informações/percepção divergentes sobre consumo e contas de água das escolas, de sua coordenadoria. Na análise dos parâmetros de qualidade da água versus registros pluviométricos foi observada variabilidade nos eventos pluviométricos observados que limitaram a correlação entre os mesmos, e acabou limitando as conclusões dos estudos de volumes para primeira lavagem e descarte (first flush). Os resultados da pesquisa permitem recomendar a implementação de políticas públicas para aproveitamento de águas pluviais para fins não potáveis nas escolas, mas, com o devido apoio tecnológico. Recomenda-se o aperfeiçoamento e automatização do sistema de coleta de águas pluviais para os estudos de first-flush e otimização dos volumes de descarte.

Diferenças de expectativas em auditorias independentes: estudo comparativo sobre expectation gap, em cenário globalizado

O presente estudo objetiva analisar as características das diferenças de expectativas entre o público geral e os auditores independentes, no que diz respeito às demonstrações contábeis. Para isso, incorreu-se em uma pesquisa de artigos científicos em que os autores investigam o problema, cada um em determinado país, e as causas de sua ocorrência. Essa análise da literatura permitiu verificar as similaridades e sugestões para reduzir o fenômeno, em cenário globalizado, e compará-las. Os principais achados demonstram que, de maneira geral, os problemas são globalmente relacionados, assim como as sugestões, e que se torna essencial medidas para amenizar o problema. Tanto os auditores independentes quanto os usuários das demonstrações contábeis tem conhecimento da existência dessa diferença de expectativa, sendo uma ameaça para o bom andamento de uma economia capitalista o desconforto dos usuários caso ocorra à manutenção dessa diferença de expectativa. Dessa maneira, uma mudança na estrutura do cenário atual das empresas de auditoria independente torna-se fundamental.

Avaliação das concentrações de BTEX em ambiente indoor: estudo de caso da sala de spinning de uma academia de ginástica Rio de Janeiro / RJ.

Muitos dos locais onde as atividades são realizadas nas academias de ginásticas são salas pequenas e fechadas com sistema de climatização artificial, freqüentados por um grande número de alunos realizando seus exercícios e profissionais auxiliando as atividades. Com isso, há uma intensa transpiração desses indivíduos, uma freqüente rotina de limpeza do piso e de equipamentos com pequenos intervalos, possibilitando a alterações da qualidade do ar indoor. O presente trabalho busca mostrar as tendências de variações nos valores das concentrações dos poluentes atmosféricos BTEX em ambiente indoor, especificamente na sala de spinning de uma academia de ginástica do Rio de Janeiro. Para o monitoramento da qualidade do ar foram utilizados cartuchos de carvão ativado SKC, acoplado a uma bomba KNF com vazão de 1l min. Para a extração de cada amostra foi feita a análise cromatográfica com cromatógrafo a gás modelo 6890 acoplado a um espectrômetro de massa modelo 5973 da marca Agilent. Foram analisadas 34 amostras coletadas na salas de spinning durante as aulas com atividades aeróbicas, o que intensificava a respiração dos indivíduos, possibilitando uma maior inalação destes COVs. Em contrapartida, também foram coletadas 5 amostras outdoor, 4 delas pareadas indoor/ outdoor para uma análise comparativa das concentrações destes poluentes. Dentre os compostos orgânicos voláteis analisados, o tolueno é o BTEX mais abundante obtido neste trabalho, representando 81% destes COVs indoor. Todas as amostras medidas em pares indoor/ outdoor tiveram concentrações maiores no interior, exceto para o benzeno no dia 3/12/2010. Simples atividades usualmente realizadas pelo homem, como a inserção de piso emborrachado, manutenção do sistema de climatização artificial, e limpeza podem alterar o ar indoor. As conclusões alcançadas após as medições das concentrações de BTEX foram de que o ar indoor estava mais poluído do que o outdoor. Este monitoramento da qualidade do ar indoor ainda é escasso no Brasil. Alguns esforços tem sido feito em relação a ambientes confinados como a Portaria n˚3523 do Ministério da Saúde, regulamentando o controle dos ambientes climatizados e a Resolução n˚9 da Agência Nacional de Vigilância Sanitária, além da Resolução CONAMA n ˚3 estabelecendo padrões de qualidade do ar para alguns compostos químicos, porém muitos compostos químicos ainda não são legislados ou não possuem a devida atenção, não sendo suficientes para contemplar a complexidade do assunto

Exposição ao material particulado 2,5 m coletado em vias de alto tráfego da cidade do Rio de Janeiro: avaliação mutagênica, genotóxica e determinação de risco à saúde induzido por hidrocarbonetos policíclicos aromáticos

A mutagenicidade do material particulado é atribuída primeiramente aos hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (HPA). Investigamos a atividade mutagênica do material particulado (MP2,5) em amostras coletadas em três pontos da cidade do Rio de Janeiro. As coletas foram realizadas com auxílio de um amostrador de grande volume na Avenida Brasil, no campus da Universidade do Estado do Rio de Janeiro e no Túnel Rebouças em filtros de fibra de vidro. Metade de cada filtro foi submetido à extração por sonicação com o solvente diclorometano. Seis HPA foram identificados e quantificados por cromatografia gasosa com espectrometria de massa (GC/MS). Após a análise química as concentrações dos HPA obtidos foram correlacionados ao fatores físicos, além de ser realizado avaliação de risco para cada HPA estudado. Linhagens de Salmonella typhimurium (TA98 e derivadas TA98/1.8-DNP6, YG1021 e YG1024) foram utilizadas no ensaio de mutagenicidade e tratadas (10-50 g/placa) com extrato orgânico na presença e na ausência de metabolização exógena. Células de raiz de cebola foram tratadas com extratos orgânicos nas concentrações (5-25g/mL). A alta umidade encontrada no Túnel Rebouças pode ter influenciado na deposição de cinco dos seis HPA estudados em material particulado. Além disso, em diferentes condições de tráfego, motoristas de ônibus que cruzam a Avenida Brasil e o Rebouças túnel estão expostos ao risco induzidos por HPA na ordem de 10-6. Mutagenicidade foi detectada tanto na presença quanto na ausência de metabolização, para as linhagens YG1021 e YG1024 nos três pontos, sugerindo a presença de nitro e amino derivados de HPA. As amostras do Túnel Rebouças apresentaram os maiores valores para rev/g e rev/m3. Estes resultados podem estar relacionados ao longo trajeto e a restrita ventilação. Efeito citotóxico foi detectado pelo ensaio Allium cepa nos três pontos de monitoramento. Além disso os extratos orgânicos provenientes das coletas da Avenida Brasil, UERJ e do Túnel Rebouças induziram efeito clastogênico em células de raiz de Allium cepa

Etograma e orçamento temporal de um grupo de machos não pareados de Phyllostomus hastatus (Pallas 1767) (Phyllostomidae: Phyllostominae)

Embora exista uma enorme variação de histórias de vida e ecologia, a maioria das espécies de morcegos mostra-se, em algum nível, social. Os aspectos de ecologia comportamental de quirópteros tem sido estudados, embora a maior parte refira-se a colônias de maternidades em regiões de clima temperado. Repertórios comportamentais completos e orçamentos temporais são raros, especialmente para a região Neotropical. Para compreender melhor a sociabilidade neste grupo, mostra-se importante focar também em grupos neutros com relação a fatores associados à atividade reprodutiva. Neste sentido, o estudo de grupos de machos neotropicais pode apresentar respostas importantes. O comportamento de um grupo machos não pareados de Phyllostomus hastatus foi estudado dentro do seu abrigo por aproximadamente 100 horas entre os meses de janeiro e agosto de 2012. O grupo estava abrigado no forro de um telhado de uma casa em desuso da Vila Dois Rios, na Ilha Grande. Os comportamentos foram registrados com uma câmera sensível a infra-infravermelho Sony DCR-HC28 em modo night-vision. Quando necessário, utilizei uma luz de auxílio infravermelha. A partir dos vídeos eu elaborei primeiramente um etograma. Os comportamentos classificados como estados foram usados para fazer um orçamento temporal, usando metodologia de amostragem por varredura e amostragem instantânea. Adicionalmente, fiz algumas observações a respeito de horário de entrada e saída dos morcegos e do tamanho do grupo. Organizei os comportamentos em seis categorias, com um total de 24 comportamentos distintos. Os comportamentos descritos são consistentes com os publicados em outros etogramas de morcegos, inclusive de alguns megaquirópteros. Um comportamento mais notável foi ventilando, que parece raro entre os microquirópteros, mas provavelmente importante na termorregulação. Nos meses analisados os morcegos alocaram aproximadamente 50% do tempo ao estado dormindo; 14,6% ao estado parado; 15,3% ao estado ativo; 0,9% ao estado andando; 0,1% ao estado voando; 14,1% ao estado higiene; e 3,5% ao estado ventilando. O orçamento temporal foi semelhante aos descritos para outros microquirópteros no interior de abrigos, com uma maior prevalência do estado dormindo, e com picos de atividade (principalmente do estado higiene) antes e depois das saídas noturnas. A higiene parece ter um papel importante no controle de ectoparasitas, e talvez algum papel social, mas como a higiene de outros indivíduos só foi observada uma única vez, não pude concluir nada a respeito. O presente trabalho é o primeiro etograma para Phyllostomus hastatus e o primeiro etograma e orçamento temporal para um grupo de machos em Chiroptera. Observei algumas diferenças importantes do grupo estudado com trabalhos já publicados sobre essa espécie, e sugiro que essas diferenças sejam estudadas mais a fundo. Apesar desta dissertação trazer contribuições importantes, fica claro que ainda falta muito a ser examinado nesse campo.