Transient scaling and resurgence of chimera states in networks of Boolean phase oscillators.

We study networks of nonlocally coupled electronic oscillators that can be described approximately by a Kuramoto-like model. The experimental networks show long complex transients from random initial conditions on the route to network synchronization. The transients display complex behaviors, including resurgence of chimera states, which are network dynamics where order and disorder coexists. The spatial domain of the chimera state moves around the network and alternates with desynchronized dynamics. The fast time scale of our oscillators (on the order of 100ns) allows us to study the scaling of the transient time of large networks of more than a hundred nodes, which has not yet been confirmed previously in an experiment and could potentially be important in many natural networks. We find that the average transient time increases exponentially with the network size and can be modeled as a Poisson process in experiment and simulation. This exponential scaling is a result of a synchronization rate that follows a power law of the phase-space volume.

Recruitment patterns and processes of coastal fish species in a temperate rocky reef

Tese de Doutoramento, Ciências do Mar, da Terra e do Ambiente, Ramo: Ciências do Mar, Especialização em Ecologia Marinha, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2016

A diffuse reflectance comparative study of benzil inclusion within p-tert-butylcalix[n]arenes (n=4, 6, and 8) and silicalite

Diffuse reflectance and laser-induced techniques were used to access photochemical and photophysical processes of benzil in solid supports, namely p-tert-butylcalix[n]arenes with n = 4, 6, and 8. A comparative study was performed using these results and those obtained with another electronically inert support, silicalite, which is a hydrophobic zeolite. In the latter substrate, ground-state benzil has the two carbonyl groups in an s-trans planar conformation while in the calixarenes a distribution of conformers exists, largely dominated by skew conformations where the carbonyl groups are twisted one to the other. In all substrates, room-temperature phosphorescence was obtained in air-equilibrated samples. The decay times vary greatly and the largest lifetime was obtained for benzil/p-tert-butylcalix[6]arene, showing that this host cavity well accommodates benzil, enhancing its room-temperature phosphorescence. p-tert-Butylcalix[6] and [8]arene molecules provide larger hydrophobic cavities than silicalite, and inclusion complexes are formed with these hosts and benzil as guest; p-tert-butylcalix[4]arene does not include benzil. This probe is deposited outside the calix[41 cavity, in the form of microcrystals. Triplet-triplet absorption of benzil was detected in all cases and is predominant in the silicalite channel inclusion case. Benzil ketyl radical formation occurs with inclusion in calix[6]arene and calix[8]arene. In the three cases, benzoyl radical was detected at long times (in the millisecond time scale). Product analysis and identification clearly show that the main detected degradation photoproducts in all substrates are benzoyl radical derivatives. Calix[6] and [8]arenes are able to supply hydrogen atoms that allow also another reaction, the reduction to benzoin through benzil ketyl radical formation.

Contribuição da Geodésia ao monitoramento costeiro do Litoral Setentrional do Rio Grande do Norte, área de influência da indústria petrolífera

The general objective of this thesis has been seasonal monitoring (quarterly time scale) of coastal and estuarine areas of a section of the Northern Coast of Rio Grande do Norte, Brazil, environmentally sensitive and with intense sediment erosion in the oil activities to underpin the implementation of projects for containment of erosion and mitigate the impacts of coastal dynamics. In order to achieve the general objective, the work was done systematically in three stages which consisted the specific objectives. The first stage was the implementation of geodetic reference infrastructure for carrying out the geodetic survey of the study area. This process included the implementation of RGLS (Northern Coast of the RN GPS Network), consisting of stations with geodetic coordinates and orthometric heights of precision; positioning of Benchmarks and evaluation of the gravimetric geoid available, for use in GPS altimetry of precision; and development of software for GPS altimetry of precision. The second stage was the development and improvement of methodologies for collection, processing, representation, integration and analysis of CoastLine (CL) and Digital Elevation Models (DEM) obtained by geodetic positioning techniques. As part of this stage have been made since, the choice of equipment and positioning methods to be used, depending on the required precision and structure implanted, and the definition of the LC indicator and of the geodesic references best suited, to coastal monitoring of precision. The third step was the seasonal geodesic monitoring of the study area. It was defined the execution times of the geodetic surveys by analyzing the pattern of sediment dynamics of the study area; the performing of surveys in order to calculate and locate areas and volumes of erosion and accretion (sandy and volumetric sedimentary balance) occurred on CL and on the beaches and islands surfaces throughout the year, and study of correlations between the measured variations (in area and volume) between each survey and the action of the coastal dynamic agents. The results allowed an integrated study of spatial and temporal interrelationships of the causes and consequences of intensive coastal processes operating in the area, especially to the measurement of variability of erosion, transport, balance and supply sedimentary over the annual cycle of construction and destruction of beaches. In the analysis of the results, it was possible to identify the causes and consequences of severe coastal erosion occurred on beaches exposed, to analyze the recovery of beaches and the accretion occurring in tidal inlets and estuaries. From the optics of seasonal variations in the CL, human interventions to erosion contention have been proposed with the aim of restoring the previous situation of the beaches in the process of erosion.

Climate change and irrigation water requirement at Jaguaribe river basin, semi-arid northeast of Brazil.

Summary: Climate change has a potential to impact rainfall, temperature and air humidity, which have relation to plant evapotranspiration and crop water requirement. The purpose of this research is to assess climate change impacts on irrigation water demand, based on future scenarios derived from the PRECIS (Providing Regional Climates for Impacts Studies), using boundary conditions of the HadCM3 submitted to a dynamic downscaling nested to the Hadley Centre regional circulation model HadRM3P. Monthly time series for average temperature and rainfall were generated for 1961-90 (baseline) and the future (2040). The reference evapotranspiration was estimated using monthly average temperature. Projected climate change impact on irrigation water demand demonstrated to be a result of evapotranspiration and rainfall trend. Impacts were mapped over the target region by using geostatistical methods. An increase of the average crop water needs was estimated to be 18.7% and 22.2% higher for 2040 A2 and B2 scenarios, respectively. Objective ? To analyze the climate change impacts on irrigation water requirements, using downscaling techniques of a climate change model, at the river basin scale. Method: The study area was delimited between 4º39?30? and 5º40?00? South and 37º35?30? and 38º27?00? West. The crop pattern in the target area was characterized, regarding type of irrigated crops, respective areas and cropping schedules, as well as the area and type of irrigation systems adopted. The PRECIS (Providing Regional Climates for Impacts Studies) system (Jones et al., 2004) was used for generating climate predictions for the target area, using the boundary conditions of the Hadley Centre model HadCM3 (Johns et al., 2003). The considered time scale of interest for climate change impacts evaluation was the year of 2040, representing the period of 2025 to 2055. The output data from the climate model was interpolated, considering latitude/longitude, by applying ordinary kriging tools available at a Geographic Information System, in order to produce thematic maps.

Transfert ultrarapide d’électron et transfert modéré d’énergie au sein d’assemblages supramoléculaires de colorants et d’un cluster de palladium

Résumé : Les transferts d’électrons photo-induits et d’énergie jouent un rôle primordial dans un grand nombre de processus photochimiques et photobiologiques, comme la respiration ou la photosynthèse. Une très grande quantité de systèmes à liaisons covalentes ont été conçus pour copier ces processus de transferts. Cependant, les progrès sont, en grande partie, limités par les difficultés rencontrées dans la synthèse de nouveaux couples de types donneurs-accepteurs. Récemment, des espèces utilisant des liaisons non-covalentes, comme les liaisons hydrogènes, les interactions [pi]-[pi], les liaisons de coordination métal-ligands ou encore les interactions électrostatiques sont le centre d’un nouvel intérêt du fait qu’ils soient plus faciles à synthétiser et à gérer pour obtenir des comportements de transferts d’électrons ou d’énergie plus flexibles et sélectifs. C’est dans cette optique que le travail de cette thèse a été mené, i.e. de concevoir des composés auto-assemblés avec des porphyrines et un cluster de palladium pour l’étude des transferts d’électrons photo-induits et d’énergie. Cette thèse se divise en quatre parties principales. Dans la première section, le chapitre 3, deux colorants porphyriniques, soit le 5-(4-carboxylphényl)-10, 15, 20-tristolyl(porphyrinato)zinc(II) (MCP, avec Na+ comme contre-ion) et 5, 15-bis(4-carboxylphényl)-15, 20-bistolyl(porphyrinato)zinc(II) (DCP, avec Na+ comme contre-ion) ont été utilisés comme donneurs d’électrons, et le [Pd3(dppm)3(CO)]2+ ([Pd32+], dppm = (Ph2P)2CH2, PF6‾ est le contre-ion) a été choisi comme accepteur d’électrons. La structure de l’assemblage [Pd32+]•••porphyrine a été élucidée par l’optimisation des géométries à l’aide de calculs DFT. La spectroscopie d’absorption transitoire (TAS) montre la vitesse de transferts d’électrons la plus rapide (< 85 fs, temps inférieurs à la limite de détection) jamais enregistrée pour ce type de système (porphyrine-accepteur auto-assemblés). Généralement, ces processus sont de l’ordre de l’échelle de la ps-ns. Cette vitesse est comparable aux plus rapides transferts d’électrons rapportés dans le cas de systèmes covalents de type porphyrine-accepteur rapide (< 85 fs, temps inférieurs à la limite de détection). Ce transfert d’électrons ultra-rapide (ket > 1.2 × 1013 s-1) se produit à l’état énergétique S1 des colorants dans une structure liée directement par des interactions ioniques, ce qui indique qu’il n’est pas nécessaire d’avoir de forts liens ou une géométrie courbée entre le donneur et l’accepteur. Dans une deuxième section, au chapitre 4, nous avons étudié en profondeur l’effet de l’utilisation de porphyrines à systèmes π-étendus sur le comportement des transferts d’électrons. Le colorant 9, 18, 27, 36-tétrakis-meso-(4-carboxyphényl)tétrabenzoporphyrinatozinc(II) (TCPBP, avec Na+ comme contre-ion) a été sélectionné comme candidat, et le 5, 10, 15, 20-tétrakis-meso-(4-carboxyphényl)porphyrineatozinc(II) (TCPP, avec Na+ comme contre-ion) a aussi été utilisé à des fins de comparaisons. TCPBP et TCPP ont, tous deux, été utilisés comme donneurs d’électrons pour fabriquer des assemblages supramoléculaires avec le cluster [Pd32+] comme accepteur d’électrons. Les calculs DFT ont été réalisés pour expliquer les structures de ces assemblages. Dans les conditions expérimentales, ces assemblages sont composés principalement d’une porphyrine avec 4 équivalents de clusters. Ces systèmes ont aussi été investigués par des mesures de quenching (perte de luminescence), par électrochimie et par d’autres techniques. Les transferts d’électrons (< 85 fs; temps inférieurs à la limite de détection) étaient aussi observés, de façon similaire aux assemblages MCP•••[Pd32+] et [Pd32+]•••DCP•••[Pd32+]. Les résultats nous indiquent que la modification de la structure de la porphyrine vers la tétrabenzoporphyrine ne semble pas influencer le comportement des cinétiques de transferts d’électrons (aller ou retour). Dans la troisième section, le chapitre 5, nous avons synthétisé la porphyrine hautement [pi]-conjuguée: 9, 18, 27, 36-tétra-(4-carboxyphényléthynyl)tétrabenzoporphyrinatozinc(II) (TCPEBP, avec Na+ comme contre-ion) par des fonctionnalisations en positions meso- et β, β-, qui présente un déplacement vers le rouge de la bande de Soret et des bandes Q. TCPEBP était utilisé comme donneur d’électrons pour fabriquer des motifs supramoléculaires avec le [Pd32+] comme accepteur d’électrons. Des expériences en parallèle ont été menées en utilisant la 5, 10, 15, 20-tétra-(4-carboxyphényl)éthynylporphyrinatozinc(II) (TCPEP, avec Na+ comme contre-ion). Des calculs DFT et TDDFT ont été réalisés pour de nouveau déterminer de façon théorique les structures de ces systèmes. Les constantes d’association pour les assemblages TCPEBP•••[Pd32+]x sont les plus élevées parmi tous les assemblages entre des porphyrines et le cluster de palladium rencontrés dans la littérature. La TAS a montré, encore une fois, des processus de transferts d’électrons dans des échelles de l’ordre de 75-110 fs. Cependant, les transferts de retour d’électrons sont aussi très rapides (< 1 ps), ce qui est un obstacle potentiel pour des applications en cellules solaires à pigment photosensible (DSSCs). Dans la quatrième section, le chapitre 6, les transferts d’énergie triplets (TET) ont été étudiés pour les assemblages MCP•••[Pd32+] et [Pd32+]•••DCP•••[Pd32+]. Les analyses spectrales des états transitoires dans l’échelle de temps de la ns-[mu]s démontrent de façon évidente les TETs; ceux-ci présentent des transferts d’énergie lents et/ou des vitesses moyennes pour des transferts d’énergie T1-T1 (3dye*•••[Pd32+] → dye•••3[Pd32+]*) opérant à travers exclusivement le mécanisme de Förster avec des valeurs de kET autour de ~ 1 × 105 s-1 selon les mesures d’absorption transitoires à 298 K. Des forces motrices non-favorables rendent ces types de processus non-opérants ou très lents dans les états T1. L’état T1 de [Pd32+] (~8190 cm-1) a été qualitativement déterminé par DFT et par la mise en évidence de l’émission S0 ← Tn retardée à 680-700 nm provenant de l’annihilation T1-T1, ce qui fait que ce cluster peut potentiellement agir comme un donneur à partir de ses états Tn, et accepteur à partir de T1 à l’intérieur de ces assemblages. Des pertes d’intensités de types statiques pour la phosphorescence dans le proche-IR sont observées à 785 nm. Ce travail démontre une efficacité modérée des colorants à base de porphyrines pour être impliquée dans des TETs avec des fragments organométalliques, et ce, même attachées grâce à des interactions ioniques. En conclusion, les assemblages ioniques à base de porphyrines et de clusters de palladium présentent des propriétés de transferts d’électrons S1 ultra-rapides, et des transferts d’énergie T1 de vitesses modérées, ce qui est utile pour de possibles applications comme outils optoélectroniques. D’autres études, plus en profondeur, sont présentement en progrès.