Dinàmica de sistemes mesoscòpics amb correlacions quàntiques mitjançant la formulació de de Broglie-Bohm

Per a determinar la dinàmica espai-temporal completa d’un sistema quàntic tridimensional de N partícules cal integrar l’equació d’Schrödinger en 3N dimensions. La capacitat dels ordinadors actuals permet fer-ho com a molt en 3 dimensions. Amb l’objectiu de disminuir el temps de càlcul necessari per a integrar l’equació d’Schrödinger multidimensional, es realitzen usualment una sèrie d’aproximacions, com l’aproximació de Born–Oppenheimer o la de camp mig. En general, el preu que es paga en realitzar aquestes aproximacions és la pèrdua de les correlacions quàntiques (o entrellaçament). Per tant, és necessari desenvolupar mètodes numèrics que permetin integrar i estudiar la dinàmica de sistemes mesoscòpics (sistemes d’entre tres i unes deu partícules) i en els que es tinguin en compte, encara que sigui de forma aproximada, les correlacions quàntiques entre partícules. Recentment, en el context de la propagació d’electrons per efecte túnel en materials semiconductors, X. Oriols ha desenvolupat un nou mètode [Phys. Rev. Lett. 98, 066803 (2007)] per al tractament de les correlacions quàntiques en sistemes mesoscòpics. Aquesta nova proposta es fonamenta en la formulació de la mecànica quàntica de de Broglie– Bohm. Així, volem fer notar que l’enfoc del problema que realitza X. Oriols i que pretenem aquí seguir no es realitza a fi de comptar amb una eina interpretativa, sinó per a obtenir una eina de càlcul numèric amb la que integrar de manera més eficient l’equació d’Schrödinger corresponent a sistemes quàntics de poques partícules. En el marc del present projecte de tesi doctoral es pretén estendre els algorismes desenvolupats per X. Oriols a sistemes quàntics constituïts tant per fermions com per bosons, i aplicar aquests algorismes a diferents sistemes quàntics mesoscòpics on les correlacions quàntiques juguen un paper important. De forma específica, els problemes a estudiar són els següents: (i) Fotoionització de l’àtom d’heli i de l’àtom de liti mitjançant un làser intens. (ii) Estudi de la relació entre la formulació de X. Oriols amb la aproximació de Born–Oppenheimer. (iii) Estudi de les correlacions quàntiques en sistemes bi- i tripartits en l’espai de configuració de les partícules mitjançant la formulació de de Broglie–Bohm.

Si nanocrystal-based LEDs fabricated by ionimplantation and plasma-enhanced chemical vapourdeposition

Dept. Electrònica

Effective eigenvalue for the intensity correlations of single-mode and two-mode lasers

Exact formulas for the effective eigenvalue characterizing the initial decay of intensity correlation functions are given in terms of stationary moments of the intensity. Spontaneous emission noise and nonwhite pump noise are considered. Our results are discussed in connection with earlier calculations, simulations, and experimental results for single-mode dye lasers, two-mode inhomogeneously broadened lasers, and two-mode dye ring lasers. The effective eigenvalue is seen to depend sensitively on noise characteristics and symmetry properties of the system. In particular, the effective eigenvalue associated with cross correlations of two-mode lasers is seen to vanish in the absence of pump noise as a consequence of detailed balance. In the presence of pump noise, the vanishing of this eigenvalue requires equal pump parameters for the two modes and statistical independence of spontaneous emission noise acting on each mode.

Relaxation from a marginal state in optical bistability

Characteristic decay times for relaxation close to the marginal point of optical bistability are studied. A model-independent formula for the decay time is given which interpolates between Kramers time for activated decay and a deterministic relaxation time. This formula gives the decay time as a universal scaling function of the parameter which measures deviation from marginality. The standard deviation of the first-passage-time distribution is found to vary linearly with the decay time, close to marginality, with a slope independent of the noise intensity. Our results are substantiated by numerical simulations and their experimental relevance is pointed out.

Dynamics of sweeping through an instability: Passage-time statistics for colored noise

A calculation of passage-time statistics is reported for the laser switch-on problem, under the influence of colored noise, when the net gain is continuously swept from below to above threshold. Cases of fast and slow sweeping are considered. In the weak-noise limit, asymptotic results are given for small and large correlation times of the noise. The mean first passage time increases with the correlation time of the noise. This effect is more important for fast sweeping than for slow sweeping.

Space and momentum representation analysis of Hartman's effect in wave packet transmission

The Hartman effect is analyzed in both the position and momentum representations of the problem. The importance of Wigner tunneling and deep tunneling is singled out. It is shown quantitatively how the barrier acts as a filter for low momenta (quantum speed up) as the width increases, and a detailed mechanism is proposed. Superluminal transmission is also discussed.

Bose-Fermi mixtures in optical lattices

Using mean field theory, we have studied Bose-Fermi mixtures in a one-dimensional optical lattice in the case of an attractive boson-fermion interaction. We consider that the fermions are in the degenerate regime and that the laser intensities are such that quantum coherence across the condensate is ensured. We discuss the effect of the optical lattice on the critical rotational frequency for vortex line creation in the Bose-Einstein condensate, as well as how it affects the stability of the boson-fermion mixture. A reduction of the critical frequency for nucleating a vortex is observed as the strength of the applied laser is increased. The onset of instability of the mixture occurs for a sizably lower number of fermions in the presence of a deep optical lattice.

Atividade óptica de um meio dielétrico diluído: Pasteur e as simetrias moleculares

Em 1848 Pasteur conjeturou que a rotação do plano de polarização da luz em um meio diluído é gerada pelas propriedades de simetria das moléculas do meio no qual a luz se propaga. O objetivo do nosso artigo é de mostrar que Pasteur estava correto usando conhecimentos de eletromagnetismo e mecânica quântica de um curso de graduação em física. Faremos um breve retrospecto das ideias básicas da teoria eletromagnética necessárias para o estudo da atividade óptica. A seguir, usando a teoria de perturbações em mecânica quântica e levando em conta as simetrias das moléculas calcularemos a atividade óptica do meio. Mostraremos que as previsões teóricas, que estão plenamente de acordo com os resultados experimentais, comprovam a hipótese de Pasteur.

Uma abordagem de óptica física e física moderna para Engenharia Ambiental

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Avaliação óptica de vidros teluritos preparados com Er3+ e Er3+/Yb3+ para aplicação em fotônica

Pós-graduação em Ciência dos Materiais - FEIS

Investigação da dinâmica sequêncial Monte Carlo/Mecânica Quântica para sitemas moleculares orgânicos

O principal objetivo deste trabalho é investigar teóricamente as propriedades eletrônicas e óticas de compostos orgânicos em ambiente líquido. A compreensão das interações em sistemas líquidos é muito importante para a descrição de fenômenos em muitas partes da ciência, como Física, Química, Biologia e Materiais, bem como no desenvolvimento de materiais óticos. As flutuações térmicas fazem que inumaram das configurações para os líquidos possam ser gerados. Esta é a razão do comportamento estatístico observado em sistemas líquidos. Considerando estas dificuldades, o tratamento sequencial Monte Carlo / Mecânica Quântica (SMC/QM) é usado neste trabalho. Neste procedimento, a estrutura líquida é gerada primeiramente por simulações clássicas de MC e mais tarde, somente a parte mais importante do sistema é tratada com mecânica quântica. Usando o procedimento acima, os propriedades do quantum o pirazine dimethyl do thiene Methyl da laranja (MO) e do O 2,3-dimetil tieno[3,4-b] pirazina (DTP) foram investigados. O MO é um conhecido indicador de pH e pode ser encontrado sob circunstâncias básicas e acidas. Suas geometrias de mínima energia foram obtidas mediante a Teoria do Funcional da Densidade pelo funcional B3LYP, sendo o sistema descrito pelas bases de Pople com uma função de polarização (6-31G*). Para obter as propriedades médias dos observaveis, cálculos de química quântica foram executados dentro da aproximação semi-empírica de INDO/S-CI. Com respeito ao espectro de absorção, os dados experimentais existentes na literatura científica reportam a existência de uma larga banda localizada na região de baixas energias, mais precisamente entre 400 e 600 nm. Nossos resultados teóricos para a forma alcalina mostram uma transição intensa transição π → π* aproximadamente à 432.4 ± 0.03 nm e, sob condições ácidas, esta transição aparece aproximadamente à 507.4 ± 0.12, 496.4 ± 0.28 ou 545.3 ± 0.10 nm, dependendo da estrutura, mostrando bom acordo com resultados experimentais. O DTP é um sistema particular usado na produção de polímeros de baixo gap. Suas propriedades elétricas e óticas foram obtidas através de um novo procedimento conhecido por Configuração Eletrostática Média do Solvent (ASEC). O procedimento ASEC inclui moléculas do solvente como cargas pontuais e permite o obtenção das quantidades quânticas executando somente poucos cálculos de mecânica quântica. Para o DTP, usando a teoria das perturbações de segunda ordem Mφller-Plesset (MP2) e o conjunto de bases aug-cc-pVDZ, a convergência do momento de dipolo foi alcançada com apenas quatro cálculos de mecânica quântica à 1.16 D, apresentando um aumento de 42% quando comparado ao dipolo isolado. O polarizabilidade corresponde à outra característica elétrica que pôde ser medida. Considerando o mesmo nível empregado ao cálculo do dipolo, o valor médio 132.7 a30 foi observado. A região de mais baixas da energias do espectro de absorption foi investigada também atravé de procedimento de ASEC usando ambos as aproximações, semi-empírico e DFT. Esta região de absorção é motivo de conclusões contraditórias com relação à natureza das transições n → π* e π → π*. Nossos resultados mostram que realmente que essas excitações são realmente observadas simultanemente podendo sobrepôr-se. Como exemplo, nossos resultados para DFT, encontrados usando o funcional B3LYP nos mostra que estas transições aparecem aproximadamente à 360.6 e 351.1 nm.

Bioquímica quântica na diferenciação dos níveis de ativação de receptores AMPA por agonistas parciais Wilardina

In the central nervous system (CNS) of mammalian, fast synaptic transmission between nerve cells is performed primarily by α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4- isoxazolepropionic acid (AMPA) receptors, an ionotropic glutamate receptor that is related with learning, memory and homeostasis of the nervous system. Impairments in their functions are correlated with development of many brain desorders, such as epilepsy, schizophrenia, autism, Parkinson and Alzheimer. The use of willardiine analogs has been shown a powerful tool to understanding of activation and desensitization mechanisms of this receptors, because the modification of a single ligand atom allows the observation of varying levels of efficacy. In this work, taking advantage of Fluorine Willardiine (1.35Å), Hydrogen Willardiine (1.65Å), Bromine Willardiine (1.8Å) and Iodine Willardiine (2.15Å) structures co-crystalized with GluA2 with codes 1MQI, 1MQJ, 1MQH and 1MQG, we attempted to energetically differentiate the four ligands efficacy. The complexes were submitted to energetic calculations based on density functional theory (DFT), under the optics of molecular fractionation with conjugate caps (MFCC) method. Obtained results show a relationship between the energetic values and willardiines efficacy order (FW> HW > BrW > IW), also show the importance of E705, R485, Y450, S654, T655, T480 e P478 as the amino acids that contribute most strongly with the interaction of four partial agonists. Furthermore, we outlined the M708 behaviour, attracted by FW and HW ligands, and repels by BrW and IW. With the datas reported on this work, it is possible for a better understanding of the AMPA receptor, which can serve as an aid in the development of new drugs for this system.

A natureza da ciência por meio do estudo de episódios históricos: o caso da popularização da óptica newtoniana

Apesar das dificuldades em abordar a natureza da ciência em sala de aula, há um entendimento geral da necessidade de incorporar nos currículos noções sobre como ocorre a construção do conhecimento científico. Conhecer a história do desenvolvimento e do processo de aceitação de teorias científicas pode ajudar os professores a incluir discussões sobre a natureza da ciência no ensino de ciências. Este trabalho apresenta uma análise da aceitação e propagação das teorias sobre luz e cores de Newton ao longo do século XVIII. Apontaremos para alguns aspectos da natureza da ciência que podem ser evidenciados pelo estudo desse episódio histórico.

Construção de um espectrógrafo de projeção e sua utilização em demonstrações de espectroscopia óptica

This article describes a projection spectrograph for use in optical spectroscopy classrooms demonstrations. The apparatus is based on an overhead projector and permits the visualization of several phenomena such as, light dispersion by diffraction gratings, diffraction order, optical fluorescence, continuous and discrete optical emission spectra, and light absorption by liquids and solids. A historical survey about the optical spectroscopy development is also presented.