Simple finite field method for calculation of static and dynamic vibrational hyperpolarizabilities: curvature contributions

In the static field limit, the vibrational hyperpolarizability consists of two contributions due to: (1) the shift in the equilibrium geometry (known as nuclear relaxation), and (2) the change in the shape of the potential energy surface (known as curvature). Simple finite field methods have previously been developed for evaluating these static field contributions and also for determining the effect of nuclear relaxation on dynamic vibrational hyperpolarizabilities in the infinite frequency approximation. In this paper the finite field approach is extended to include, within the infinite frequency approximation, the effect of curvature on the major dynamic nonlinear optical processes

Determination of vibrational polarizabilities and hyperpolarizabilities using field-induced coordinates

An analytical set of field-induced coordinates is defined and is used to show that the vibrational degrees of freedom required to completely describe nuclear relaxation polarizabilities and hyperpolarizabilities is reduced from 3N-6 to a relatively small number. As this number does not depend upon the size of the molecule, the process provides computational advantages. A method is provided to separate anharmonic contributions from harmonic contributions as well as effective mechanical from electrical anharmonicity. The procedures are illustrated by Hartree-Fock calculations, indicating that anharmonicity can be very important

Variational calculation of static and dynamic vibrational nonlinear optical properties

The vibrational configuration interaction method used to obtain static vibrational (hyper)polarizabilities is extended to dynamic nonlinear optical properties in the infinite optical frequency approximation. Illustrative calculations are carried out on H2 O and N H3. The former molecule is weakly anharmonic while the latter contains a strongly anharmonic umbrella mode. The effect on vibrational (hyper)polarizabilities due to various truncations of the potential energy and property surfaces involved in the calculation are examined

Nuclear magnetic resonance chemical shifts with the statistical average of orbital-dependent model potentials in Kohn-Sham density functional theory

The performance of the SAOP potential for the calculation of NMR chemical shifts was evaluated. SAOP results show considerable improvement with respect to previous potentials, like VWN or BP86, at least for the carbon, nitrogen, oxygen, and fluorine chemical shifts. Furthermore, a few NMR calculations carried out on third period atoms (S, P, and Cl) improved when using the SAOP potential

The effect of counterpoise correction and relaxation energy term to the internal rotation barriers: application to the BF3 ...NH3 and C2H4 ...SO2 dimers

The relevance of the fragment relaxation energy term and the effect of the basis set superposition error on the geometry of the BF3⋯NH3 and C2H4⋯SO2 van der Waals dimers have been analyzed. Second-order Møller-Plesset perturbation theory calculations with the d95(d,p) basis set have been used to calculate the counterpoise-corrected barrier height for the internal rotations. These barriers have been obtained by relocating the stationary points on the counterpoise-corrected potential energy surface of the processes involved. The fragment relaxation energy can have a large influence on both the intermolecular parameters and barrier height. The counterpoise correction has proved to be important for these systems

Counterpoise-corrected geometries and harmonic frequencies of N-body clusters: application to (HF)n (n=3,4)

A study was conducted on the methods of basis set superposition error (BSSE)-free geometry optimization and frequency calculations in clusters larger than a dimer. In particular, three different counterpoise schemes were critically examined. It was shown that the counterpoise-corrected supermolecule energy can be easily obtained in all the cases by using the many-body partitioning of energy

Are the maximum hardness and minimum polarizability principles always obeyed in nontotally symmetric vibrations?

An overview is given on a study which showed that not only in chemical reactions but also in the favorable case of nontotally symmetric vibrations where the chemical and external potentials keep approximately constant, the generalized maximum hardness principle (GMHP) and generalized minimum polarizability principle (GMPP) may not be obeyed. A method that allows an accurate determination of the nontotally symmetric molecular distortions with more marked GMPP or anti-GMPP character through diagonalization of the polarizability Hessian matrix is introduced

Variational calculation of vibrational linear and nonlinear optical properties

A variational approach for reliably calculating vibrational linear and nonlinear optical properties of molecules with large electrical and/or mechanical anharmonicity is introduced. This approach utilizes a self-consistent solution of the vibrational Schrödinger equation for the complete field-dependent potential-energy surface and, then, adds higher-level vibrational correlation corrections as desired. An initial application is made to static properties for three molecules of widely varying anharmonicity using the lowest-level vibrational correlation treatment (i.e., vibrational Møller-Plesset perturbation theory). Our results indicate when the conventional Bishop-Kirtman perturbation method can be expected to break down and when high-level vibrational correlation methods are likely to be required. Future improvements and extensions are discussed

Initial convergence of the perturbation series expansion for vibrational nonlinear optical properties

Initial convergence of the perturbation series expansion for vibrational nonlinear optical (NLO) properties was analyzed. The zero-point vibrational average (ZPVA) was obtained through first-order in mechanical plus electrical anharmonicity. Results indicated that higher-order terms in electrical and mechanical anharmonicity can make substantial contributions to the pure vibrational polarizibility of typical NLO molecules

N-dimensional dynamical systems exploiting instabilities in full

We report experimental and numerical results showing how certain N-dimensional dynamical systems are able to exhibit complex time evolutions based on the nonlinear combination of N-1 oscillation modes. The experiments have been done with a family of thermo-optical systems of effective dynamical dimension varying from 1 to 6. The corresponding mathematical model is an N-dimensional vector field based on a scalar-valued nonlinear function of a single variable that is a linear combination of all the dynamic variables. We show how the complex evolutions appear associated with the occurrence of successive Hopf bifurcations in a saddle-node pair of fixed points up to exhaust their instability capabilities in N dimensions. For this reason the observed phenomenon is denoted as the full instability behavior of the dynamical system. The process through which the attractor responsible for the observed time evolution is formed may be rather complex and difficult to characterize. Nevertheless, the well-organized structure of the time signals suggests some generic mechanism of nonlinear mode mixing that we associate with the cluster of invariant sets emerging from the pair of fixed points and with the influence of the neighboring saddle sets on the flow nearby the attractor. The generation of invariant tori is likely during the full instability development and the global process may be considered as a generalized Landau scenario for the emergence of irregular and complex behavior through the nonlinear superposition of oscillatory motions

Greenhouse gases and climatic states of minimum entropy production

The hypothesis of minimum entropy production is applied to a simple one-dimensional energy balance model and is analysed for different values of the radiative forcing due to greenhouse gases. The extremum principle is used to determine the planetary “conductivity” and to avoid the “diffusive” approximation, which is commonly assumed in this type of model. For present conditions the result at minimum radiative entropy production is similar to that obtained by applying the classical model. Other climatic scenarios show visible differences, with better behaviour for the extremal case

Modelització de les propietats òptiques de partícules metàl•liques en matriu dielèctrica

En el marc del projecte "Modelització de les propietats òptiques de partícules metàl•liques en matriu dielèctrica" s'han desenvolupat un conjunt d'eines numèriques que permeten avançar en l'ús de l'espectroscòpia òptica per a l'obtenció d'informació morfològica de materials compostos consistents en partícules metàl•liques en matriu dielèctrica. S'han implementat esquemes numèrics per a calcular les propietats òptiques de materials compostos on les partícules poden presentar una distribució de mides i formes i diferent graus d'ordenament espacial. Les simulacions s'han realitzat a dos nivells: i) amb l’aproximació quasi-estàtica, que permet descriure el comportament d'aquests materials en termes de constants òptiques efectives i ii) amb càlculs electrodinàmics exactes, que han servit per avaluar la validesa de l’aproximació anterior i que han permès d'estudiar la interacció de partícules amb feixos de llum focalitzats o amb polarització no homogènia. A través de l’anàlisi d'aquestes simulacions, s'han desenvolupat models senzills que permeten parametritzar la influència de diferents quantitats físiques en el comportament òptic del material. Aquests models s'han implementat en un programari de càlcul que permeten trobar el valor òptim dels paràmetres físics d'interès mitjançant l'ajust d'espectres òptics. Els models s'han avaluat amb l'anàlisi de dades experimentals subministrades per altres laboratoris.

Origen i diversificació de les comunitats de rèptils dels deserts del Nord d’Àfrica i Aràbia: els paràsits com a eines filogenètiques

Els deserts constitueixen aproximadament un terç de la superfície terrestre i estan caracteritzats per la seva aridesa extrema. Els Sàhara, la zona àrida més gran del Nord d’Àfrica és, amb diferencia, el desert més gran del mon. Ocupa una extensió de més de 9 milions de kilòmetres quadrats, expandint-se 5500 km a través del nord d’Àfrica, des de l’oceà Atlàntic fins el mar Roig. El desert d’Aràbia es troba a l’est del Sàhara i és aproximadament una octava part més petit. Tot i el seu clima tan extrem, les flores i faunes dels deserts acostumen a ser relativament riques, el que fa que ens preguntem com aquestes biotes han estat adquirides i com es mantenen. En aquest projecte utilitzem els rèptils com a model d’estudi, un dels habitants més comuns dels deserts. El propòsit d’aquest projecte era utilitzar filogènies moleculars de diversos taxons de rèptils dels deserts del nord d’Àfrica i Aràbia per respondre Quan i Com els deserts han adquirit la seva fauna de rèptils endèmica (origen i diversificació), i de quina manera aquestes faunes s’han mantingut fins ara (adaptació). Però més enllà de les dades morfològiques i les eines de filogènia molecular, els paràsits representen una alternativa excitant i innovadora dins del camp de la biologia evolutiva. En aquest sentit, aquest projecte de beca proposava anar més lluny i utilitzar els paràsits com a eina (biological tags) per millor entendre l’historia evolutiva dels seus hostes en base a una aproximació biogeogràfica i co-evolutiva. Els objectius durant aquest primer any de projecte han sigut: 1) Estudiar l’origen i diversificació de la fauna de rèptils endèmica dels deserts del Sàhara i Aràbia, 2) caracteritzar la comunitat d’ecto- haemoparàsits de les espècies d’estudi, 3) posar a punt un estudi comparatiu de la filogeografia i estructuració genètica d’hostes i paràsits.

Dose reconstruction in the context of tomotherapy

In vivo dosimetry is a way to verify the radiation dose delivered to the patient in measuring the dose generally during the first fraction of the treatment. It is the only dose delivery control based on a measurement performed during the treatment. In today's radiotherapy practice, the dose delivered to the patient is planned using 3D dose calculation algorithms and volumetric images representing the patient. Due to the high accuracy and precision necessary in radiation treatments, national and international organisations like ICRU and AAPM recommend the use of in vivo dosimetry. It is also mandatory in some countries like France. Various in vivo dosimetry methods have been developed during the past years. These methods are point-, line-, plane- or 3D dose controls. A 3D in vivo dosimetry provides the most information about the dose delivered to the patient, with respect to ID and 2D methods. However, to our knowledge, it is generally not routinely applied to patient treatments yet. The aim of this PhD thesis was to determine whether it is possible to reconstruct the 3D delivered dose using transmitted beam measurements in the context of narrow beams. An iterative dose reconstruction method has been described and implemented. The iterative algorithm includes a simple 3D dose calculation algorithm based on the convolution/superposition principle. The methodology was applied to narrow beams produced by a conventional 6 MV linac. The transmitted dose was measured using an array of ion chambers, as to simulate the linear nature of a tomotherapy detector. We showed that the iterative algorithm converges quickly and reconstructs the dose within a good agreement (at least 3% / 3 mm locally), which is inside the 5% recommended by the ICRU. Moreover it was demonstrated on phantom measurements that the proposed method allows us detecting some set-up errors and interfraction geometry modifications. We also have discussed the limitations of the 3D dose reconstruction for dose delivery error detection. Afterwards, stability tests of the tomotherapy MVCT built-in onboard detector was performed in order to evaluate if such a detector is suitable for 3D in-vivo dosimetry. The detector showed stability on short and long terms comparable to other imaging devices as the EPIDs, also used for in vivo dosimetry. Subsequently, a methodology for the dose reconstruction using the tomotherapy MVCT detector is proposed in the context of static irradiations. This manuscript is composed of two articles and a script providing further information related to this work. In the latter, the first chapter introduces the state-of-the-art of in vivo dosimetry and adaptive radiotherapy, and explains why we are interested in performing 3D dose reconstructions. In chapter 2 a dose calculation algorithm implemented for this work is reviewed with a detailed description of the physical parameters needed for calculating 3D absorbed dose distributions. The tomotherapy MVCT detector used for transit measurements and its characteristics are described in chapter 3. Chapter 4 contains a first article entitled '3D dose reconstruction for narrow beams using ion chamber array measurements', which describes the dose reconstruction method and presents tests of the methodology on phantoms irradiated with 6 MV narrow photon beams. Chapter 5 contains a second article 'Stability of the Helical TomoTherapy HiArt II detector for treatment beam irradiations. A dose reconstruction process specific to the use of the tomotherapy MVCT detector is presented in chapter 6. A discussion and perspectives of the PhD thesis are presented in chapter 7, followed by a conclusion in chapter 8. The tomotherapy treatment device is described in appendix 1 and an overview of 3D conformai- and intensity modulated radiotherapy is presented in appendix 2. - La dosimétrie in vivo est une technique utilisée pour vérifier la dose délivrée au patient en faisant une mesure, généralement pendant la première séance du traitement. Il s'agit de la seule technique de contrôle de la dose délivrée basée sur une mesure réalisée durant l'irradiation du patient. La dose au patient est calculée au moyen d'algorithmes 3D utilisant des images volumétriques du patient. En raison de la haute précision nécessaire lors des traitements de radiothérapie, des organismes nationaux et internationaux tels que l'ICRU et l'AAPM recommandent l'utilisation de la dosimétrie in vivo, qui est devenue obligatoire dans certains pays dont la France. Diverses méthodes de dosimétrie in vivo existent. Elles peuvent être classées en dosimétrie ponctuelle, planaire ou tridimensionnelle. La dosimétrie 3D est celle qui fournit le plus d'information sur la dose délivrée. Cependant, à notre connaissance, elle n'est généralement pas appliquée dans la routine clinique. Le but de cette recherche était de déterminer s'il est possible de reconstruire la dose 3D délivrée en se basant sur des mesures de la dose transmise, dans le contexte des faisceaux étroits. Une méthode itérative de reconstruction de la dose a été décrite et implémentée. L'algorithme itératif contient un algorithme simple basé sur le principe de convolution/superposition pour le calcul de la dose. La dose transmise a été mesurée à l'aide d'une série de chambres à ionisations alignées afin de simuler la nature linéaire du détecteur de la tomothérapie. Nous avons montré que l'algorithme itératif converge rapidement et qu'il permet de reconstruire la dose délivrée avec une bonne précision (au moins 3 % localement / 3 mm). De plus, nous avons démontré que cette méthode permet de détecter certaines erreurs de positionnement du patient, ainsi que des modifications géométriques qui peuvent subvenir entre les séances de traitement. Nous avons discuté les limites de cette méthode pour la détection de certaines erreurs d'irradiation. Par la suite, des tests de stabilité du détecteur MVCT intégré à la tomothérapie ont été effectués, dans le but de déterminer si ce dernier peut être utilisé pour la dosimétrie in vivo. Ce détecteur a démontré une stabilité à court et à long terme comparable à d'autres détecteurs tels que les EPIDs également utilisés pour l'imagerie et la dosimétrie in vivo. Pour finir, une adaptation de la méthode de reconstruction de la dose a été proposée afin de pouvoir l'implémenter sur une installation de tomothérapie. Ce manuscrit est composé de deux articles et d'un script contenant des informations supplémentaires sur ce travail. Dans ce dernier, le premier chapitre introduit l'état de l'art de la dosimétrie in vivo et de la radiothérapie adaptative, et explique pourquoi nous nous intéressons à la reconstruction 3D de la dose délivrée. Dans le chapitre 2, l'algorithme 3D de calcul de dose implémenté pour ce travail est décrit, ainsi que les paramètres physiques principaux nécessaires pour le calcul de dose. Les caractéristiques du détecteur MVCT de la tomothérapie utilisé pour les mesures de transit sont décrites dans le chapitre 3. Le chapitre 4 contient un premier article intitulé '3D dose reconstruction for narrow beams using ion chamber array measurements', qui décrit la méthode de reconstruction et présente des tests de la méthodologie sur des fantômes irradiés avec des faisceaux étroits. Le chapitre 5 contient un second article intitulé 'Stability of the Helical TomoTherapy HiArt II detector for treatment beam irradiations'. Un procédé de reconstruction de la dose spécifique pour l'utilisation du détecteur MVCT de la tomothérapie est présenté au chapitre 6. Une discussion et les perspectives de la thèse de doctorat sont présentées au chapitre 7, suivies par une conclusion au chapitre 8. Le concept de la tomothérapie est exposé dans l'annexe 1. Pour finir, la radiothérapie «informationnelle 3D et la radiothérapie par modulation d'intensité sont présentées dans l'annexe 2.

Polítiques, pràctiques i estratègies d'inserció: una mirada des de les trajectòries de les dones immigrades

Aquesta recerca, amb l’objectiu general de conèixer i analitzar els processos d’inserció al mercat laboral, les estratègies i pràctiques d’inserció, i els àmbits d’ocupació de les dones immigrades en la societat de recepció, es va plantejar com a finalitat proposar línies d'actuació i pràctiques d'atenció vers aquest col•lectiu. Sota l’eix 1 del Pacte Nacional, apunta a garantir la igualtat de drets i l’accés al mercat laboral de les persones, des de la tranversalitat del gènere. Mitjançant l’aplicació d'entrevistes semiestructurades per tal de construir "trajectòries d’immigració" de dones, i obtenir una mirada sociohistòrica i dinàmica del procés de d’inserció laboral a la societat de recepció, es va portar a terme la recerca amb la participació de 17 dones immigrades al territori català. Entre els resultats, cal destacar que: en quant als relats d’origen destaca la diversitat de motius de la immigració, posant en qüestió les tesis purament economicistes, i en relació amb les polítiques i pràctiques d’inserció laboral, podem confirmar que els esforços dels recursos d’atenció tendeixen a encertar a les dones en els nínxols laborals més precaritzats, i sobre tot generitzats. Per altre banda, l’estudi ens ha permet apropar-nos a les estratègies que fan servir les dones per a sortejar les limitacions, sobre tot legals, que es troben a la societat de recepció. Aquestes accions ens permeten analitzar l’agència de les dones immigrades i la importància de les xarxes socials i de la participació, per a una inserció sociolaboral més plena. A més de les conclusions i recomanacions contingudes en aquest document, s'ha elaborat un material didàctic que es composa de: 1. Documental "Per compte aliè" en el qual hi ha les històries d'inserció de 5 dones i; 2. Guia de 12 tallers de treball com a proposta d’intervenció, destinats als col•lectius i serveis que treballen per a la inserció.