Coherent propagation and energy transfer in low-dimension nonlinear arrays

We present a theory of coherent propagation and energy or power transfer in a low-dimension array of coupled nonlinear waveguides. It is demonstrated that in the array with nonequal cores (e.g., with the central core) stable steady-state coherent multicore propagation is possible only in the nonlinear regime, with a power-controlled phase matching. The developed theory of energy or power transfer in nonlinear discrete systems is rather generic and has a range of potential applications including both high-power fiber lasers and ultrahigh-capacity optical communication systems. © 2012 American Physical Society.

On homotopy spheres of low dimension

Let M be a smooth compact manifold homotopy equivalent to the 4-sphere S^4. Then M x R^1 is homeomorphism co S^4 x R^1.

ELECTRON TRANSPORT IN LOW-DIMENSIONAL NANOSTRUCTURES - THEORETICAL STUDY WITH APPLICATION

Graphene as a carbon monolayer has attracted extensive research interest in recent years. My research work within the frame of density functional theory has suggested that positioning graphene in proximity to h-BN may induce a finite energy gap in graphene, which is important for device applications. For an AB-stacked graphene/BN bilayer, a finite gap is induced at the equilibrium configuration. This induced gap shows a linear relationship with the applied strain. For a graphene/BN/graphene trilayer, a negligible gap is predicted in the ground state due to the overall symmetry of the system. When an electric field is applied, a tunable gap can be obtained for both AAA and ABA stackings. Enhanced tunneling current in the AA-stacked bilayer nanoribbons is predicted compared to either single-layer or AB-stacked bilayer nanoribbons. Interlayer separation between the nanoribbons is shown to have a profound impact on the conducting features. The effect of boron or nitrogen doping on the electronic transport properties of C60 fullerene is studied. The BC59 fullerene exhibits a considerably higher current than the pristine or nitrogen doped fullerenes beyond the applied bias of 1 V, suggesting it can be an effective semiconductor in p-type devices. The interaction between nucleic acid bases - adenine (A), guanine (G), cytosine (C), thymine (T) and uracil (U) - and a hydrogen-passivated silicon nanowire (SiNW) is investigated. The binding energy of the bases with the SiNW shows the order: G > A~C~T~U. This suggests that the interaction strength of a hydrogen passivated SiNW with the nucleic acid bases is nearly the same-G being an exception. The nature of the interaction is suggested to be electrostatic.

Factor models, VARMA processes and parameter instability with applications in macroeconomics

Avec les avancements de la technologie de l'information, les données temporelles économiques et financières sont de plus en plus disponibles. Par contre, si les techniques standard de l'analyse des séries temporelles sont utilisées, une grande quantité d'information est accompagnée du problème de dimensionnalité. Puisque la majorité des séries d'intérêt sont hautement corrélées, leur dimension peut être réduite en utilisant l'analyse factorielle. Cette technique est de plus en plus populaire en sciences économiques depuis les années 90. Étant donnée la disponibilité des données et des avancements computationnels, plusieurs nouvelles questions se posent. Quels sont les effets et la transmission des chocs structurels dans un environnement riche en données? Est-ce que l'information contenue dans un grand ensemble d'indicateurs économiques peut aider à mieux identifier les chocs de politique monétaire, à l'égard des problèmes rencontrés dans les applications utilisant des modèles standards? Peut-on identifier les chocs financiers et mesurer leurs effets sur l'économie réelle? Peut-on améliorer la méthode factorielle existante et y incorporer une autre technique de réduction de dimension comme l'analyse VARMA? Est-ce que cela produit de meilleures prévisions des grands agrégats macroéconomiques et aide au niveau de l'analyse par fonctions de réponse impulsionnelles? Finalement, est-ce qu'on peut appliquer l'analyse factorielle au niveau des paramètres aléatoires? Par exemple, est-ce qu'il existe seulement un petit nombre de sources de l'instabilité temporelle des coefficients dans les modèles macroéconomiques empiriques? Ma thèse, en utilisant l'analyse factorielle structurelle et la modélisation VARMA, répond à ces questions à travers cinq articles. Les deux premiers chapitres étudient les effets des chocs monétaire et financier dans un environnement riche en données. Le troisième article propose une nouvelle méthode en combinant les modèles à facteurs et VARMA. Cette approche est appliquée dans le quatrième article pour mesurer les effets des chocs de crédit au Canada. La contribution du dernier chapitre est d'imposer la structure à facteurs sur les paramètres variant dans le temps et de montrer qu'il existe un petit nombre de sources de cette instabilité. Le premier article analyse la transmission de la politique monétaire au Canada en utilisant le modèle vectoriel autorégressif augmenté par facteurs (FAVAR). Les études antérieures basées sur les modèles VAR ont trouvé plusieurs anomalies empiriques suite à un choc de la politique monétaire. Nous estimons le modèle FAVAR en utilisant un grand nombre de séries macroéconomiques mensuelles et trimestrielles. Nous trouvons que l'information contenue dans les facteurs est importante pour bien identifier la transmission de la politique monétaire et elle aide à corriger les anomalies empiriques standards. Finalement, le cadre d'analyse FAVAR permet d'obtenir les fonctions de réponse impulsionnelles pour tous les indicateurs dans l'ensemble de données, produisant ainsi l'analyse la plus complète à ce jour des effets de la politique monétaire au Canada. Motivée par la dernière crise économique, la recherche sur le rôle du secteur financier a repris de l'importance. Dans le deuxième article nous examinons les effets et la propagation des chocs de crédit sur l'économie réelle en utilisant un grand ensemble d'indicateurs économiques et financiers dans le cadre d'un modèle à facteurs structurel. Nous trouvons qu'un choc de crédit augmente immédiatement les diffusions de crédit (credit spreads), diminue la valeur des bons de Trésor et cause une récession. Ces chocs ont un effet important sur des mesures d'activité réelle, indices de prix, indicateurs avancés et financiers. Contrairement aux autres études, notre procédure d'identification du choc structurel ne requiert pas de restrictions temporelles entre facteurs financiers et macroéconomiques. De plus, elle donne une interprétation des facteurs sans restreindre l'estimation de ceux-ci. Dans le troisième article nous étudions la relation entre les représentations VARMA et factorielle des processus vectoriels stochastiques, et proposons une nouvelle classe de modèles VARMA augmentés par facteurs (FAVARMA). Notre point de départ est de constater qu'en général les séries multivariées et facteurs associés ne peuvent simultanément suivre un processus VAR d'ordre fini. Nous montrons que le processus dynamique des facteurs, extraits comme combinaison linéaire des variables observées, est en général un VARMA et non pas un VAR comme c'est supposé ailleurs dans la littérature. Deuxièmement, nous montrons que même si les facteurs suivent un VAR d'ordre fini, cela implique une représentation VARMA pour les séries observées. Alors, nous proposons le cadre d'analyse FAVARMA combinant ces deux méthodes de réduction du nombre de paramètres. Le modèle est appliqué dans deux exercices de prévision en utilisant des données américaines et canadiennes de Boivin, Giannoni et Stevanovic (2010, 2009) respectivement. Les résultats montrent que la partie VARMA aide à mieux prévoir les importants agrégats macroéconomiques relativement aux modèles standards. Finalement, nous estimons les effets de choc monétaire en utilisant les données et le schéma d'identification de Bernanke, Boivin et Eliasz (2005). Notre modèle FAVARMA(2,1) avec six facteurs donne les résultats cohérents et précis des effets et de la transmission monétaire aux États-Unis. Contrairement au modèle FAVAR employé dans l'étude ultérieure où 510 coefficients VAR devaient être estimés, nous produisons les résultats semblables avec seulement 84 paramètres du processus dynamique des facteurs. L'objectif du quatrième article est d'identifier et mesurer les effets des chocs de crédit au Canada dans un environnement riche en données et en utilisant le modèle FAVARMA structurel. Dans le cadre théorique de l'accélérateur financier développé par Bernanke, Gertler et Gilchrist (1999), nous approximons la prime de financement extérieur par les credit spreads. D'un côté, nous trouvons qu'une augmentation non-anticipée de la prime de financement extérieur aux États-Unis génère une récession significative et persistante au Canada, accompagnée d'une hausse immédiate des credit spreads et taux d'intérêt canadiens. La composante commune semble capturer les dimensions importantes des fluctuations cycliques de l'économie canadienne. L'analyse par décomposition de la variance révèle que ce choc de crédit a un effet important sur différents secteurs d'activité réelle, indices de prix, indicateurs avancés et credit spreads. De l'autre côté, une hausse inattendue de la prime canadienne de financement extérieur ne cause pas d'effet significatif au Canada. Nous montrons que les effets des chocs de crédit au Canada sont essentiellement causés par les conditions globales, approximées ici par le marché américain. Finalement, étant donnée la procédure d'identification des chocs structurels, nous trouvons des facteurs interprétables économiquement. Le comportement des agents et de l'environnement économiques peut varier à travers le temps (ex. changements de stratégies de la politique monétaire, volatilité de chocs) induisant de l'instabilité des paramètres dans les modèles en forme réduite. Les modèles à paramètres variant dans le temps (TVP) standards supposent traditionnellement les processus stochastiques indépendants pour tous les TVPs. Dans cet article nous montrons que le nombre de sources de variabilité temporelle des coefficients est probablement très petit, et nous produisons la première évidence empirique connue dans les modèles macroéconomiques empiriques. L'approche Factor-TVP, proposée dans Stevanovic (2010), est appliquée dans le cadre d'un modèle VAR standard avec coefficients aléatoires (TVP-VAR). Nous trouvons qu'un seul facteur explique la majorité de la variabilité des coefficients VAR, tandis que les paramètres de la volatilité des chocs varient d'une façon indépendante. Le facteur commun est positivement corrélé avec le taux de chômage. La même analyse est faite avec les données incluant la récente crise financière. La procédure suggère maintenant deux facteurs et le comportement des coefficients présente un changement important depuis 2007. Finalement, la méthode est appliquée à un modèle TVP-FAVAR. Nous trouvons que seulement 5 facteurs dynamiques gouvernent l'instabilité temporelle dans presque 700 coefficients.

A new set of orthogonal patterns in weather and climate: Optimally interpolated patterns.

A new spectral-based approach is presented to find orthogonal patterns from gridded weather/climate data. The method is based on optimizing the interpolation error variance. The optimally interpolated patterns (OIP) are then given by the eigenvectors of the interpolation error covariance matrix, obtained using the cross-spectral matrix. The formulation of the approach is presented, and the application to low-dimension stochastic toy models and to various reanalyses datasets is performed. In particular, it is found that the lowest-frequency patterns correspond to largest eigenvalues, that is, variances, of the interpolation error matrix. The approach has been applied to the Northern Hemispheric (NH) and tropical sea level pressure (SLP) and to the Indian Ocean sea surface temperature (SST). Two main OIP patterns are found for the NH SLP representing respectively the North Atlantic Oscillation and the North Pacific pattern. The leading tropical SLP OIP represents the Southern Oscillation. For the Indian Ocean SST, the leading OIP pattern shows a tripole-like structure having one sign over the eastern and north- and southwestern parts and an opposite sign in the remaining parts of the basin. The pattern is also found to have a high lagged correlation with the Niño-3 index with 6-months lag.

One-dimensional trapped atoms: critical coupling parameter and critical number of particles

In this paper we consider the case of a Bose gas in low dimension in order to illustrate the applicability of a method that allows us to construct analytical relations, valid for a broad range of coupling parameters, for a function which asymptotic expansions are known. The method is well suitable to investigate the problem of stability of a collection of Bose particles trapped in one- dimensional configuration for the case where the scattering length presents a negative value. The eigenvalues for this interacting quantum one-dimensional many particle system become negative when the interactions overcome the trapping energy and, in this case, the system becomes unstable. Here we calculate the critical coupling parameter and apply for the case of Lithium atoms obtaining the critical number of particles for the limit of stability.

Odor space and olfactory processing: Collective algorithms and neural implementation

Several basic olfactory tasks must be solved by highly olfactory animals, including background suppression, multiple object separation, mixture separation, and source identification. The large number N of classes of olfactory receptor cells—hundreds or thousands—permits the use of computational strategies and algorithms that would not be effective in a stimulus space of low dimension. A model of the patterns of olfactory receptor responses, based on the broad distribution of olfactory thresholds, is constructed. Representing one odor from the viewpoint of another then allows a common description of the most important basic problems and shows how to solve them when N is large. One possible biological implementation of these algorithms uses action potential timing and adaptation as the “hardware” features that are responsible for effective neural computation.

A Survey of Counterexamples to Hilbert's Fourteenth Problem

We survey counterexamples to Hilbert’s Fourteenth Problem, beginning with those of Nagata in the late 1950s, and including recent counterexamples in low dimension constructed with locally nilpotent derivations. Historical framework and pertinent references are provided. We also include 8 important open questions.

Mechanical and electrical properties of single-walled carbon nanotubes synthesized by chemical vapor deposition

Despite the tremendous application potentials of carbon nanotubes (CNTs) proposed by researchers in the last two decades, efficient experimental techniques and methods are still in need for controllable production of CNTs in large scale, and for conclusive characterizations of their properties in order to apply CNTs in high accuracy engineering. In this dissertation, horizontally well-aligned high quality single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) have been successfully synthesized on St-cut quartz substrate by chemical vapor deposition (CVD). Effective radial moduli (Eradial) of these straight SWCNTs have been measured by using well-calibrated tapping mode and contact mode atomic force microscopy (AFM). It was found that the measured Eradial decreased from 57 to 9 GPa as the diameter of the SWCNTs increased from 0.92 to 1.91 nm. The experimental results were consistent with the recently reported theoretical simulation data. The method used in this mechanical property test can be easily applied to measure the mechanical properties of other low-dimension nanostructures, such as nanowires and nanodots. The characterized sample is also an ideal platform for electrochemical tests. The electrochemical activities of redox probes Fe(CN)63-/4-, Ru(NH3) 63+, Ru(bpy)32+ and protein cytochrome c have been studied on these pristine thin films by using aligned SWCNTs as working electrodes. A simple and high performance electrochemical sensor was fabricated. Flow sensing capability of the device has been tested for detecting neurotransmitter dopamine at physiological conditions with the presence of Bovine serum albumin. Good sensitivity, fast response, high stability and anti-fouling capability were observed. Therefore, the fabricated sensor showed great potential for sensing applications in complicated solution.^

Mechanical and Electrical Properties of Single-walled Carbon Nanotubes Synthesized by Chemical Vapor Deposition

Despite the tremendous application potentials of carbon nanotubes (CNTs) proposed by researchers in the last two decades, efficient experimental techniques and methods are still in need for controllable production of CNTs in large scale, and for conclusive characterizations of their properties in order to apply CNTs in high accuracy engineering. In this dissertation, horizontally well-aligned high quality single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) have been successfully synthesized on St-cut quartz substrate by chemical vapor deposition (CVD). Effective radial moduli (Eradial) of these straight SWCNTs have been measured by using well-calibrated tapping mode and contact mode atomic force microscopy (AFM). It was found that the measured Eradial decreased from 57 to 9 GPa as the diameter of the SWCNTs increased from 0.92 to 1.91 nm. The experimental results were consistent with the recently reported theoretical simulation data. The method used in this mechanical property test can be easily applied to measure the mechanical properties of other low-dimension nanostructures, such as nanowires and nanodots. The characterized sample is also an ideal platform for electrochemical tests. The electrochemical activities of redox probes Fe(CN)63-/4-, Ru(NH3)63+, Ru(bpy)32+ and protein cytochrome c have been studied on these pristine thin films by using aligned SWCNTs as working electrodes. A simple and high performance electrochemical sensor was fabricated. Flow sensing capability of the device has been tested for detecting neurotransmitter dopamine at physiological conditions with the presence of Bovine serum albumin. Good sensitivity, fast response, high stability and anti-fouling capability were observed. Therefore, the fabricated sensor showed great potential for sensing applications in complicated solution.

Low dimensional behavior in three-dimensional coupled map lattices

The analysis of one-, two-, and three-dimensional coupled map lattices is here developed under a statistical and dynamical perspective. We show that the three-dimensional CML exhibits low dimensional behavior with long range correlation and the power spectrum follows 1/f noise. This approach leads to an integrated understanding of the most important properties of these universal models of spatiotemporal chaos. We perform a complete time series analysis of the model and investigate the dependence of the signal properties by change of dimension. (c) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Temperamental Dimension and Anxiety Problems in a Clinical Sample of Three- to Six-year old Children: A Study of Variables

In the last few years, many researchers have studied the presence of common dimensions of temperament in subjects with symptoms of anxiety. The aim of this study is to examine the association between temperamental dimensions (high negative affect and activity level) and anxiety problems in clinicalpreschool children. A total of 38 children, ages 3 to 6 years, from the Infant and Adolescent Mental Health Center of Girona and the Center of Diagnosis and Early Attention of Sabadell and Olot were evaluated by parents and psychologists. Their parents completed several screening scales and, subsequently, clinical child psychopathology professionals carried out diagnostic interviews with children from the sample who presented signs of anxiety. Findings showed that children with high levels of negative affect and low activity level have pronounced symptoms of anxiety. However, children with anxiety disorders do not present different temperament styles from their peers without these pathologies

Healthy, wealthy, wise, and happy? An exploratory analysis of the interplay between aging and subjective well-being in low and middle income countries

In this paper, we address the relationship between age and several dimension of subjective well-being. Whilst literature generally finds a U-shaped age-profile in subjective well-being, this age-pattern might only hold after controlling for objective life circumstances. The observed U-shaped age-profile might further not generalize to other dimensions of well-being and might vary across countries and cultures. Our study examines the relationship between age and several dimensions of well-being as well as the effect of objective life circumstances using the WHO Study on Global AGEing and Adult Health (SAGE). Our results suggest a decreasing age profile in the raw data associated with evaluative well-being, while experienced well-being shows a rather flat or slightly increasing pattern. However, age per se is not a cause of a decline in evaluative well-being. The negative age-profile in evaluative well-being is mainly explained by changes in life circumstances associated with aging. Controlling for socio-demographic factors, we find higher levels of well-being for older persons relative to their middle-aged counterparts. In contrast, we find that changes in life circumstances have a much smaller effect on experienced well-being.

A low dimensional Kalman filter for systems with lagged observables

This note describes how the Kalman filter can be modified to allow for thevector of observables to be a function of lagged variables without increasing the dimensionof the state vector in the filter. This is useful in applications where it is desirable to keepthe dimension of the state vector low. The modified filter and accompanying code (whichnests the standard filter) can be used to compute (i) the steady state Kalman filter (ii) thelog likelihood of a parameterized state space model conditional on a history of observables(iii) a smoothed estimate of latent state variables and (iv) a draw from the distribution oflatent states conditional on a history of observables.

Normalisation et dimension culturelle des délocalisations de services : les cas du Maroc et de l'Inde

Cette thèse explore le rôle de la normalisation technique dans les délocalisations de services en Inde et au Maroc. La recherche appréhende le phénomène en opposant explicitement ou implicitement deux modèles. Un modèle serviciel dans lequel les activités de services sont difficilement délocalisables parce que non-mesurables ; un modèle industriel qui articule des activités de services mesurables par les normes techniques et susceptibles d'être délocalisés dans les pays du Sud à bas salaires. Notre thèse s'interroge sur la manière dont les relations Nord-Sud peuvent s'appréhender au sein de cette dichotomie et propose une réflexion épistémologique sur les représentations culturelles induites au sein de ce cadrage. A partir d'une perspective qui combine les apports de l'économie politique culturelle, la sociologie économique et les études postcoloniales au sein de l'économie politique internationale, elle mobilise trois catégories (la normalisation technique, l'imaginaire économique, la qualité). Ces catégories nous permettent de suggérer la centralité des enjeux de pouvoirs dans la définition de ce que sont les activités de services. L'analyse empirique suggère que les délocalisations de services au Maroc et en Inde expriment des réalités plus poreuses et plus dynamiques que la dichotomie entre modèle serviciel et modèle industriel laisse entendre. Elle met en évidence la capacité d'agir des acteurs des pays du Sud et suggère que les normes techniques ont une fonction politique à travers leurs fonctions de mesure. Abstract This thesis explores the role of technical standards in offshore outsourcing in India and Morocco. Current research captures the phenomenon while opposing explicitly or implicitly two models of production. A service-based model in which service activities are difficult to relocate because they are non-measurable; an industrial model that articulates service activities measured with technical standards and that may be outsourced to developing countries with low wages. Our thesis questions how North-South relations can be grasped within this dichotomy and offers an epistemologica! reflection on cultural representations induced within this framework. From a perspective that combines the contributions of cultural political economy, economic sociology and postcolonial studies in international political economy, it mobilizes three categories (technical standardization, the economic imaginary and quality). These categories allow us to suggest the centrality of power issues in the definition of service activities. The empirical analysis suggests that offshoring of services in Morocco and India express more porous and dynamic realities than the dichotomy suggested between a service model and an industrial model. It highlights the ability of the actors to act in the South and suggests that technical standards have a political function through their measurement functions.