Fabrication des films microstructurés et leurs caractéristiques en spectroscopie de résonance des plasmons de surface

Cette thèse caractérise les propriétés optiques des matériaux plasmoniques microstructurés et procède à l’évaluation des paramètres analytiques afin de les employer comme plateforme de biodétection en spectroscopie de résonance des plasmons de surface (SPR). Aux dimensions micrométriques, les matériaux plasmoniques présentent des caractéristiques optiques propres aux nano- et macromatériaux. La cartographie physicooptiques en SPR de matériaux méso- et microscopiques s’est effectuée à l’aide de films structurés de motifs périodiques triangulaires et circulaires fabriqués par une technique modifiée de lithographie par nanosphères (nanosphere lithography, NSL). À partir de cette vue d’ensemble, quelques films structurés ont été sélectionné en fonction d’aspects analytiques tels que la sensibilité et la résolution face aux variations d’indice de réfraction (RI) pour déterminer le potentiel de ces matériaux comme plateforme de biodetection. Les propriétés optiques distinctes des films microstructurés proviennent d’interactions résonantes entre les modes de plasmons de surface (SP) localisé et délocalisé identifiés par la relation de dispersion en SPR ainsi que l’imagerie Raman. Les conditions de résonance des modes SP dépendant de paramètres expérimentaux (λ, θ, η) tel qu’observés numériquement par rigorous coupled wave analysis (RCWA) et empiriquement. Ces travaux démontrent la nature plasmonique distincte des micro-matériaux et leur potentiel d’intégration aux techniques analytiques SPR existantes. Les matériaux plasmoniques micrométriques furent également étudiés pour l’implémentation de la SPR à une pointe de microscopie à force atomique (atomic force microscopy, AFM) combinant ainsi la spectroscopie à l’imagerie topographique. Des travaux préliminaires se sont concentrés sur la signature spectroscopique de leviers en silicium (Si) et en nitrure de silicium (Si3N4), l’impact d’un revêtement d’or sur les pointes et l’influence de milieu environnant. Une image d’origine plasmonique a été obtenue avec des leviers en Si3N4 revêtus d’or en transmission dans un environnement aqueux, indiquant ainsi le potentiel de ces pointes comme micro-biocapteur SPR. Ces résultats préliminaires servent de fondement pour orienter les prochaines investigations dans ce projet.

Hexagonal dielectric resonator antenna - A novel DR antenna for wireless communication

In this thesis, the author proposes a new geometry DR antenna-the Hexagonal Dielectric Resonator Antenna(HDRA)-capable of multiple frequency operation on a single feed of excitation.This avoids the conventional use of miniaturizes the structure.The properties of the HDRA on microstrip as well as coaxial feeding have been studied.The analysis of radiation characteristics indicates a gain comparable with other shapes.The antenna is capable of providing efficiency around 98%.The simulation using HFSS also yields results in conformity with the experimental results.Mode analysis is carried out and the modes are identified.The determination of the reflection characteristics through theoretical analysis using FDTD validates the multifrequency operation of the antenna,The antenna finds application in DCT,PCS and WLAN bands.

Impact of zinc substitution on the structural and magnetic properties of chemically derived nanosized manganese zinc mixed ferrites

Mn1-xZnxFe2O4 nanoparticles (x=0-1) were synthesized by wet chemical co-precipitation techniques. X-ray diffraction, transmission electron microscopy and high-resolution transmission electron microscopy were effectively utilized to investigate the different structural parameters. The elemental analysis was conducted using energy-dispersive spectrum and inductively coupled plasma analysis. The magnetic properties such as magnetization and coercivity were measured using vibrating sample magnetometer. The observed magnetization values of the nanoparticles were found to be lower compared to the bulk counterpart. The magnetization showed a gradual decrease with zinc substitution except for a small increase from x=0.2 to 0.3. The Curie temperature was found to be enhanced in the case of ferrites in the nanoregime. The variation in lattice constant, reduced magnetization values, variation of magnetization with zinc substitution, the presence of a net magnetic moment for the zinc ferrite and the enhancement in Curie temperature in Mn1-xZnxFe2O4 all provide evidence to the existence of a metastable cation distribution together with possible surface effects at the nanoregime.

Template-Assisted Synthesis and Characterization of Passivated Nickel Nanoparticles

Potential applications of nickel nanoparticles demand the synthesis of self-protected nickel nanoparticles by different synthesis techniques. A novel and simple technique for the synthesis of self-protected nickel nanoparticles is realized by the inter-matrix synthesis of nickel nanoparticles by cation exchange reduction in two types of resins. Two different polymer templates namely strongly acidic cation exchange resins and weakly acidic cation exchange resins provided with cation exchange sites which can anchor metal cations by the ion exchange process are used. The nickel ions which are held at the cation exchange sites by ion fixation can be subsequently reduced to metal nanoparticles by using sodium borohydride as the reducing agent. The composites are cycled repeating the loading reduction cycle involved in the synthesis procedure. X-Ray Diffraction, Scanning Electron Microscopy, Transmission Electron microscopy, Energy Dispersive Spectrum, and Inductively Coupled Plasma Analysis are effectively utilized to investigate the different structural characteristics of the nanocomposites. The hysteresis loop parameters namely saturation magnetization and coercivity are measured using Vibrating Sample Magnetometer. The thermomagnetization study is also conducted to evaluate the Curie temperature values of the composites. The effect of cycling on the structural and magnetic characteristics of the two composites are dealt in detail. A comparison between the different characteristics of the two nanocomposites is also provided

Ocean acoustic models for low frequency propagation in 2D and 3D environments

In this paper we are mainly concerned with the development of efficient computer models capable of accurately predicting the propagation of low-to-middle frequency sound in the sea, in axially symmetric (2D) and in fully 3D environments. The major physical features of the problem, i.e. a variable bottom topography, elastic properties of the subbottom structure, volume attenuation and other range inhomogeneities are efficiently treated. The computer models presented are based on normal mode solutions of the Helmholtz equation on the one hand, and on various types of numerical schemes for parabolic approximations of the Helmholtz equation on the other. A new coupled mode code is introduced to model sound propagation in range-dependent ocean environments with variable bottom topography, where the effects of an elastic bottom, of volume attenuation, surface and bottom roughness are taken into account. New computer models based on finite difference and finite element techniques for the numerical solution of parabolic approximations are also presented. They include an efficient modeling of the bottom influence via impedance boundary conditions, they cover wide angle propagation, elastic bottom effects, variable bottom topography and reverberation effects. All the models are validated on several benchmark problems and versus experimental data. Results thus obtained were compared with analogous results from standard codes in the literature.

Interferometric technique for measuring terahertz antenna phase patterns

A quasi-optical interferometric technique capable of measuring antenna phase patterns without the need for a heterodyne receiver is presented. It is particularly suited to the characterization of terahertz antennas feeding power detectors or mixers employing quasi-optical local oscillator injection. Examples of recorded antenna phase patterns at frequencies of 1.4 and 2.5 THz using homodyne detectors are presented. To our knowledge, these are the highest frequency antenna phase patterns ever recovered. Knowledge of both the amplitude and phase patterns in the far field enable a Gauss-Hermite or Gauss-Laguerre beam-mode analysis to be carried out for the antenna, of importance in performance optimization calculations, such as antenna gain and beam efficiency parameters at the design and prototype stage of antenna development. A full description of the beam would also be required if the antenna is to be used to feed a quasi-optical system in the near-field to far-field transition region. This situation could often arise when the device is fitted directly at the back of telescopes in flying observatories. A further benefit of the proposed technique is simplicity for characterizing systems in situ, an advantage of considerable importance as in many situations, the components may not be removable for further characterization once assembled. The proposed methodology is generic and should be useful across the wider sensing community, e.g., in single detector acoustic imaging or in adaptive imaging array applications. Furthermore, it is applicable across other frequencies of the EM spectrum, provided adequate spatial and temporal phase stability of the source can be maintained throughout the measurement process. Phase information retrieval is also of importance to emergent research areas, such as band-gap structure characterization, meta-materials research, electromagnetic cloaking, slow light, super-lens design as well as near-field and virtual imaging applications.

Baroclinic instability on hot extrasolar planets

We investigate baroclinic instability in flow conditions relevant to hot extrasolar planets. The instability is important for transporting and mixing heat, as well as for influencing large-scale variability on the planets. Both linear normal mode analysis and non-linear initial value cal- culations are carried out – focusing on the freely-evolving, adiabatic situation. Using a high- resolution general circulation model (GCM) which solves the traditional primitive equations, we show that large-scale jets similar to those observed in current GCM simulations of hot ex- trasolar giant planets are likely to be baroclinically unstable on a timescale of few to few tens of planetary rotations, generating cyclones and anticyclones that drive weather systems. The growth rate and scale of the most unstable mode obtained in the linear analysis are in qual- itative, good agreement with the full non-linear calculations. In general, unstable jets evolve differently depending on their signs (eastward or westward), due to the change in sign of the jet curvature. For jets located at or near the equator, instability is strong at the flanks – but not at the core. Crucially, the instability is either poorly or not at all captured in simulations with low resolution and/or high artificial viscosity. Hence, the instability has not been observed or emphasized in past circulation studies of hot extrasolar planets.

Heterodyne Interferometry Applied to the Characterization of Acousto-Electro-Optic Light Modulators

When the electro-optic and acousto-optic effects are combined into a single device, the resulting acousto-electro-optic (AEO) modulator shows improved flexibility to overcome some limitations of the individual modulators or their cascade combinations. By using optical interferometry, it is possible to investigate the AEO modulator behavior as a function of this applied voltage. By this way, a lithium niobate AEO modulator is positioned in one of the arms of a Mach-Zehnder interferometer and operates at 62 MHz frequency, which constitutes the intermediate frequency of the heterodyne interferometer. Operating the AEO modulator in the acousto-optic small diffraction efficiency regime, the photodetected signal amplitude and phase are analyzed, and the induced phase shift, transmission curve and linearity response are obtained. The experimental results show good agreement with that expected from the coupled-mode theory. The possibility of linear control of the optical phase shift by the external voltage, from 0 to 2 p radians, is demonstrated.

Gap solitons in Bose-Einstein condensates in linear and nonlinear optical lattices

Properties of localized states on array of BEC confined to a potential, representing superposition of linear and nonlinear optical lattices are investigated. For a shallow lattice case the coupled mode system has been derived. We revealed new types of gap solitons and studied their stability. For the first time a moving soliton solution has been found. Analytical predictions are confirmed by numerical simulations of the Gross-Pitaevskii equation with jointly acting linear and nonlinear periodic potentials. (c) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

Nonmodal energetics of resistive drift waves

The modal and nonmodal linear properties of the Hasegawa-Wakatani system are examined. This linear model for plasma drift waves is nonnormal in the sense of not having a complete set of orthogonal eigenvectors. A consequence of nonnormality is that finite-time nonmodal growth rates can be larger than modal growth rates. In this system, the nonmodal time-dependent behavior depends strongly on the adiabatic parameter and the time scale of interest. For small values of the adiabatic parameter and short time scales, the nonmodal growth rates, wave number, and phase shifts (between the density and potential fluctuations) are time dependent and differ from those obtained by normal mode analysis. On a given time scale, when the adiabatic parameter is less than a critical value, the drift waves are dominated by nonmodal effects while for values of the adiabatic parameter greater than the critical value, the behavior is that given by normal mode analysis. The critical adiabatic parameter decreases with time and modal behavior eventually dominates. The nonmodal linear properties of the Hasegawa-Wakatani system may help to explain features of the full system previously attributed to nonlinearity.

Avaliação da resistência de união em dentina de um adesivo de frasco único quando utilizado diferentes fontes de ativação

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Influência da Fronteira em um Método Implícito para a Equação de Stokes

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Desenvolvimento de critérios para seleção de adesivos utilizados na fabricação de pás de turbinas eólicas

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Influência de estruturas geológicas bidimensionais no campo geoeletromagnético na presença do eletrojato equatorial

A Terra atua como um grande magneto esférico, cujo campo assemelha-se àquele gerado por um dipolo magnético. Este campo apresenta mudanças de intensidade que variam com a localização e a hora local. A parte principal do campo geomagnético se origina no interior da Terra através de processos eletromagnéticos. Extensivos estudos mostraram ainda que existem contribuições de origem externa ao planeta, principalmente de origem solar. Dentre estas fontes há anomalias do campo magnético que surgem a partir de um aumento diurno da corrente elétrica em uma estreita faixa da ionosfera, de direção leste-oeste, centrada no equador magnético e denominada Eletrojato Equatorial (EEJ). Ocasionalmente estas correntes podem apresentar reversões de fluxo, sendo denominadas Contra-Eletrojato (CEJ). Vários autores têm estudado os efeitos do EEJ e CEJ sobre as observações geoeletromagnéticas. Eles estão interessados no efeito combinado do EEJ e estruturas geológicas condutivas 1-D e 2-D. Nestes trabalhos a estrutura 2-D sempre se apresentava paralela ao eletrojato, o que é uma hipótese bastante restritiva ao se modelar ambientes geológicos mais realistas, em que corpos bidimensionais podem ter qualquer strike em relação ao EEJ. Neste trabalho apresentamos a solução deste problema sem esta restrição. Assim, mostramos os campos geoeletromagnéticos devidos a estruturas bidimensionais que possuam strike oblíquo em relação ao EEJ, através de perfis dos campos elétrico e magnéticos calculados na superfície e formando direção arbitrária à heterogeneidade condutiva 2-D. Com esta resposta avaliamos ainda qual a influência que estruturas bidimensionais exercem sobre a resposta magnetotelúrica, sob influência do Eletrojato Equatorial. Durante o desenvolvimento deste trabalho, utilizamos o método de elementos finitos, tendo por fonte eletromagnética o EEJ e o CEJ, que por sua vez foram representados por uma combinação de distribuições gaussianas de densidade de corrente. Estas fontes foram decompostas nas direções paralela e perpendicular à estrutura 2-D, resultando nos modos de propagação TE₁ e TE₂ e TM acoplados, respectivamente. Resolvemos o modo acoplado aplicando uma Transformada de Fourier nas equações de Maxwell e uma Transformada Inversa de Fourier na solução encontrada. De acordo com os experimentos numéricos realizados em um modelo interpretativo da Anomalia Condutiva da Bacia do Parnaíba, formado por uma enorme estrutura de 3000 ohm-m dentro de um corpo externo condutivo (1 ohm-m), concluímos que a presença do CEJ causa uma inversão na anomalia, se compararmos com o resultado do EEJ. Concluímos também que para as frequências mais altas as componentes do campo elétrico apresentam menor influência da parte interna do corpo 2-D do que da parte externa. Já para frequências mais baixas este comportamento se observa com as componentes do campo magnético. Com relação à frequência, vimos os efeitos do “skin-depth”, principalmente nas respostas magnéticas. Além disso, quando a estrutura 2-D está paralela ao eletrojato, o campo elétrico é insensível à estrutura interna do modelo para todos os valores de frequência utilizados. Com respeito ao ângulo θ_h entre a heterogeneidade e a fonte, vimos que o modo TM se manifesta naturalmente quando θ_h é diferente de 0°. Neste caso, o modo TE é composto por uma parte devido à componente da fonte paralela à heterogeneidade e a outra devido à componente da fonte perpendicular, que é acoplada ao modo TM. Assim, os campos calculados têm relação direta com o valor de θ_h. Analisando a influência do ângulo entre a direção do perfil dos campos e o strike da heterogeneidade verificamos que, à medida que θ_h se aproxima de 90°, os campos primários tornam-se variáveis para valores de θ_p diferentes de 90°. Estas variações causam uma assimetria na anomalia e dão uma idéia da inclinação da direção do perfil em relação aos corpos. Finalmente, concluímos que uma das influências que a distância entre o centro do EEJ e o centro da estrutura 2-D, causa sobre as componentes dos campos está relacionado às correntes reversas do EEJ e CEJ, pois a 500 km do centro da fonte estas correntes têm máxima intensidade. No entanto, com o aumento da distância, as anomalias diminuem de intensidade. Nas sondagens MT, nós também usamos o EEJ e o CEJ como fonte primária e comparamos nossos resultados com a resposta da onda plana. Deste modo observamos que as componentes do campo geoeletromagnético, usadas para calcular a impedância, têm influência do fator de acoplamento entre os modos TE₂ e TM. Além disso, esta influência se torna maior em meios resistivos e nas frequências mais baixas. No entanto, o fator de acoplamento não afeta os dados magnetotelúricos em frequências maiores de 10^-2 Hz. Para frequências da ordem de 10^-4 Hz os dados MT apresentam duas fontes de perturbação: a primeira e mais evidente é devido à presença fonte 2-D (EEJ e CEJ), que viola a hipótese da onda plana no método MT; e a segunda é causada pelo acoplamento entre os modos TE₂ e TM, pois quando a estrutura bidimensional está obliqua à fonte 2-D temos correntes elétricas adicionais ao longo da heterogeneidade. Concluimos assim, que o strike de uma grande estrutura condutiva bidimensional relativamente à direção do EEJ ou CEJ tem de fato influência sobre o campo geomagnético. Por outro lado, para estudos magnetotelúricos rasos (frequências maiores de 10^-3 Hz) o efeito do ângulo entre a estrutura geológica 2-D e a direção do EEJ não é tão importante. Contudo, em estudos de litosfera frequências menores de 10^-3 Hz) o acoplamento entre os modos TE₂ e TM não pode ser ignorado.

Inversão em geofísica de poço: um estudo sobre ambiguidade

A ambiguidade na inversão de dados de geofísica de poço é estudada através da análise fatorial Q-modal. Este método é baseado na análise de um número finito de soluções aceitáveis, que são ordenadas, no espaço de soluções, segundo a direção de maior ambiguidade. A análise da variação dos parâmetros ao longo dessas soluções ordenadas permite caracterizar aqueles que são mais influentes na ambiguidade. Como a análise Q-modal é baseada na determinação de uma região de ambiguidade, obtida de modo empírico a partir de um número finito de soluções aceitáveis, é possível analisar a ambiguidade devida não só a erros nas observações, como também a pequenos erros no modelo interpretativo. Além disso, a análise pode ser aplicada mesmo quando os modelos interpretativos ou a relação entre os parâmetros não são lineares. A análise fatorial é feita utilizando-se dados sintéticos, e então comparada com a análise por decomposição em valores singulares, mostrando-se mais eficaz, uma vez que requer premissas menos restritivas, permitindo, desse modo, caracterizar a ambiguidade de modo mais realístico. A partir da determinação dos parâmetros com maior influência na ambiguidade do modelo é possível reparametrizá-lo, agrupando-os em um único parâmetro, redefinindo assim o modelo interpretativo. Apesar desta reparametrização incorrer na perda de resolução dos parâmetros agrupados, o novo modelo tem sua ambiguidade bastante reduzida.