Models and methods for power monolithic microwave integrated circuits

Computer aided design of Monolithic Microwave Integrated Circuits (MMICs) depends critically on active device models that are accurate, computationally efficient, and easily extracted from measurements or device simulators. Empirical models of active electron devices, which are based on actual device measurements, do not provide a detailed description of the electron device physics. However they are numerically efficient and quite accurate. These characteristics make them very suitable for MMIC design in the framework of commercially available CAD tools. In the empirical model formulation it is very important to separate linear memory effects (parasitic effects) from the nonlinear effects (intrinsic effects). Thus an empirical active device model is generally described by an extrinsic linear part which accounts for the parasitic passive structures connecting the nonlinear intrinsic electron device to the external world. An important task circuit designers deal with is evaluating the ultimate potential of a device for specific applications. In fact once the technology has been selected, the designer would choose the best device for the particular application and the best device for the different blocks composing the overall MMIC. Thus in order to accurately reproducing the behaviour of different-in-size devices, good scalability properties of the model are necessarily required. Another important aspect of empirical modelling of electron devices is the mathematical (or equivalent circuit) description of the nonlinearities inherently associated with the intrinsic device. Once the model has been defined, the proper measurements for the characterization of the device are performed in order to identify the model. Hence, the correct measurement of the device nonlinear characteristics (in the device characterization phase) and their reconstruction (in the identification or even simulation phase) are two of the more important aspects of empirical modelling. This thesis presents an original contribution to nonlinear electron device empirical modelling treating the issues of model scalability and reconstruction of the device nonlinear characteristics. The scalability of an empirical model strictly depends on the scalability of the linear extrinsic parasitic network, which should possibly maintain the link between technological process parameters and the corresponding device electrical response. Since lumped parasitic networks, together with simple linear scaling rules, cannot provide accurate scalable models, either complicate technology-dependent scaling rules or computationally inefficient distributed models are available in literature. This thesis shows how the above mentioned problems can be avoided through the use of commercially available electromagnetic (EM) simulators. They enable the actual device geometry and material stratification, as well as losses in the dielectrics and electrodes, to be taken into account for any given device structure and size, providing an accurate description of the parasitic effects which occur in the device passive structure. It is shown how the electron device behaviour can be described as an equivalent two-port intrinsic nonlinear block connected to a linear distributed four-port passive parasitic network, which is identified by means of the EM simulation of the device layout, allowing for better frequency extrapolation and scalability properties than conventional empirical models. Concerning the issue of the reconstruction of the nonlinear electron device characteristics, a data approximation algorithm has been developed for the exploitation in the framework of empirical table look-up nonlinear models. Such an approach is based on the strong analogy between timedomain signal reconstruction from a set of samples and the continuous approximation of device nonlinear characteristics on the basis of a finite grid of measurements. According to this criterion, nonlinear empirical device modelling can be carried out by using, in the sampled voltage domain, typical methods of the time-domain sampling theory.

VAR models and methods for monetary and health economics

Negli ultimi anni i modelli VAR sono diventati il principale strumento econometrico per verificare se può esistere una relazione tra le variabili e per valutare gli effetti delle politiche economiche. Questa tesi studia tre diversi approcci di identificazione a partire dai modelli VAR in forma ridotta (tra cui periodo di campionamento, set di variabili endogene, termini deterministici). Usiamo nel caso di modelli VAR il test di Causalità di Granger per verificare la capacità di una variabile di prevedere un altra, nel caso di cointegrazione usiamo modelli VECM per stimare congiuntamente i coefficienti di lungo periodo ed i coefficienti di breve periodo e nel caso di piccoli set di dati e problemi di overfitting usiamo modelli VAR bayesiani con funzioni di risposta di impulso e decomposizione della varianza, per analizzare l'effetto degli shock sulle variabili macroeconomiche. A tale scopo, gli studi empirici sono effettuati utilizzando serie storiche di dati specifici e formulando diverse ipotesi. Sono stati utilizzati tre modelli VAR: in primis per studiare le decisioni di politica monetaria e discriminare tra le varie teorie post-keynesiane sulla politica monetaria ed in particolare sulla cosiddetta "regola di solvibilità" (Brancaccio e Fontana 2013, 2015) e regola del GDP nominale in Area Euro (paper 1); secondo per estendere l'evidenza dell'ipotesi di endogeneità della moneta valutando gli effetti della cartolarizzazione delle banche sul meccanismo di trasmissione della politica monetaria negli Stati Uniti (paper 2); terzo per valutare gli effetti dell'invecchiamento sulla spesa sanitaria in Italia in termini di implicazioni di politiche economiche (paper 3). La tesi è introdotta dal capitolo 1 in cui si delinea il contesto, la motivazione e lo scopo di questa ricerca, mentre la struttura e la sintesi, così come i principali risultati, sono descritti nei rimanenti capitoli. Nel capitolo 2 sono esaminati, utilizzando un modello VAR in differenze prime con dati trimestrali della zona Euro, se le decisioni in materia di politica monetaria possono essere interpretate in termini di una "regola di politica monetaria", con specifico riferimento alla cosiddetta "nominal GDP targeting rule" (McCallum 1988 Hall e Mankiw 1994; Woodford 2012). I risultati evidenziano una relazione causale che va dallo scostamento tra i tassi di crescita del PIL nominale e PIL obiettivo alle variazioni dei tassi di interesse di mercato a tre mesi. La stessa analisi non sembra confermare l'esistenza di una relazione causale significativa inversa dalla variazione del tasso di interesse di mercato allo scostamento tra i tassi di crescita del PIL nominale e PIL obiettivo. Risultati simili sono stati ottenuti sostituendo il tasso di interesse di mercato con il tasso di interesse di rifinanziamento della BCE. Questa conferma di una sola delle due direzioni di causalità non supporta un'interpretazione della politica monetaria basata sulla nominal GDP targeting rule e dà adito a dubbi in termini più generali per l'applicabilità della regola di Taylor e tutte le regole convenzionali della politica monetaria per il caso in questione. I risultati appaiono invece essere più in linea con altri approcci possibili, come quelli basati su alcune analisi post-keynesiane e marxiste della teoria monetaria e più in particolare la cosiddetta "regola di solvibilità" (Brancaccio e Fontana 2013, 2015). Queste linee di ricerca contestano la tesi semplicistica che l'ambito della politica monetaria consiste nella stabilizzazione dell'inflazione, del PIL reale o del reddito nominale intorno ad un livello "naturale equilibrio". Piuttosto, essi suggeriscono che le banche centrali in realtà seguono uno scopo più complesso, che è il regolamento del sistema finanziario, con particolare riferimento ai rapporti tra creditori e debitori e la relativa solvibilità delle unità economiche. Il capitolo 3 analizza l’offerta di prestiti considerando l’endogeneità della moneta derivante dall'attività di cartolarizzazione delle banche nel corso del periodo 1999-2012. Anche se gran parte della letteratura indaga sulla endogenità dell'offerta di moneta, questo approccio è stato adottato raramente per indagare la endogeneità della moneta nel breve e lungo termine con uno studio degli Stati Uniti durante le due crisi principali: scoppio della bolla dot-com (1998-1999) e la crisi dei mutui sub-prime (2008-2009). In particolare, si considerano gli effetti dell'innovazione finanziaria sul canale dei prestiti utilizzando la serie dei prestiti aggiustata per la cartolarizzazione al fine di verificare se il sistema bancario americano è stimolato a ricercare fonti più economiche di finanziamento come la cartolarizzazione, in caso di politica monetaria restrittiva (Altunbas et al., 2009). L'analisi si basa sull'aggregato monetario M1 ed M2. Utilizzando modelli VECM, esaminiamo una relazione di lungo periodo tra le variabili in livello e valutiamo gli effetti dell’offerta di moneta analizzando quanto la politica monetaria influisce sulle deviazioni di breve periodo dalla relazione di lungo periodo. I risultati mostrano che la cartolarizzazione influenza l'impatto dei prestiti su M1 ed M2. Ciò implica che l'offerta di moneta è endogena confermando l'approccio strutturalista ed evidenziando che gli agenti economici sono motivati ad aumentare la cartolarizzazione per una preventiva copertura contro shock di politica monetaria. Il capitolo 4 indaga il rapporto tra spesa pro capite sanitaria, PIL pro capite, indice di vecchiaia ed aspettativa di vita in Italia nel periodo 1990-2013, utilizzando i modelli VAR bayesiani e dati annuali estratti dalla banca dati OCSE ed Eurostat. Le funzioni di risposta d'impulso e la scomposizione della varianza evidenziano una relazione positiva: dal PIL pro capite alla spesa pro capite sanitaria, dalla speranza di vita alla spesa sanitaria, e dall'indice di invecchiamento alla spesa pro capite sanitaria. L'impatto dell'invecchiamento sulla spesa sanitaria è più significativo rispetto alle altre variabili. Nel complesso, i nostri risultati suggeriscono che le disabilità strettamente connesse all'invecchiamento possono essere il driver principale della spesa sanitaria nel breve-medio periodo. Una buona gestione della sanità contribuisce a migliorare il benessere del paziente, senza aumentare la spesa sanitaria totale. Tuttavia, le politiche che migliorano lo stato di salute delle persone anziane potrebbe essere necessarie per una più bassa domanda pro capite dei servizi sanitari e sociali.

Electromagnetic fields inside a lossy, multilayered spherical head phantom excited by MRI coils: models and methods

The precise evaluation of electromagnetic field (EMF) distributions inside biological samples is becoming an increasingly important design requirement for high field MRI systems. In evaluating the induced fields caused by magnetic field gradients and RF transmitter coils, a multilayered dielectric spherical head model is proposed to provide a better understanding of electromagnetic interactions when compared to a traditional homogeneous head phantom. This paper presents Debye potential (DP) and Dyadic Green's function (DGF)-based solutions of the EMFs inside a head-sized, stratified sphere with similar radial conductivity and permittivity profiles as a human head. The DP approach is formulated for the symmetric case in which the source is a circular loop carrying a harmonic-formed current over a wide frequency range. The DGF method is developed for generic cases in which the source may be any kind of RF coil whose current distribution can be evaluated using the method of moments. The calculated EMFs can then be used to deduce MRI imaging parameters. The proposed methods, while not representing the full complexity of a head model, offer advantages in rapid prototyping as the computation times are much lower than a full finite difference time domain calculation using a complex head model. Test examples demonstrate the capability of the proposed models/methods. It is anticipated that this model will be of particular value for high field MRI applications, especially the rapid evaluation of RF resonator (surface and volume coils) and high performance gradient set designs.

Development of models and methods to simulate peptide-assisted nucleation and growth of calcium-minerals

In den vergangenen Jahren wurden einige bislang unbekannte Phänomene experimentell beobachtet, wie etwa die Existenz unterschiedlicher Prä-Nukleations-Strukturen. Diese haben zu einem neuen Verständnis von Prozessen, die auf molekularer Ebene während der Nukleation und dem Wachstum von Kristallen auftreten, beigetragen. Die Auswirkungen solcher Prä-Nukleations-Strukturen auf den Prozess der Biomineralisation sind noch nicht hinreichend verstanden. Die Mechanismen, mittels derer biomolekulare Modifikatoren, wie Peptide, mit Prä-Nukleations-Strukturen interagieren und somit den Nukleationsprozess von Mineralen beeinflussen könnten, sind vielfältig. Molekulare Simulationen sind zur Analyse der Formation von Prä-Nukleations-Strukturen in Anwesenheit von Modifikatoren gut geeignet. Die vorliegende Arbeit beschreibt einen Ansatz zur Analyse der Interaktion von Peptiden mit den in Lösung befindlichen Bestandteilen der entstehenden Kristalle mit Hilfe von Molekular-Dynamik Simulationen.rnUm informative Simulationen zu ermöglichen, wurde in einem ersten Schritt die Qualität bestehender Kraftfelder im Hinblick auf die Beschreibung von mit Calciumionen interagierenden Oligoglutamaten in wässrigen Lösungen untersucht. Es zeigte sich, dass große Unstimmigkeiten zwischen etablierten Kraftfeldern bestehen, und dass keines der untersuchten Kraftfelder eine realistische Beschreibung der Ionen-Paarung dieser komplexen Ionen widerspiegelte. Daher wurde eine Strategie zur Optimierung bestehender biomolekularer Kraftfelder in dieser Hinsicht entwickelt. Relativ geringe Veränderungen der auf die Ionen–Peptid van-der-Waals-Wechselwirkungen bezogenen Parameter reichten aus, um ein verlässliches Modell für das untersuchte System zu erzielen. rnDas umfassende Sampling des Phasenraumes der Systeme stellt aufgrund der zahlreichen Freiheitsgrade und der starken Interaktionen zwischen Calciumionen und Glutamat in Lösung eine besondere Herausforderung dar. Daher wurde die Methode der Biasing Potential Replica Exchange Molekular-Dynamik Simulationen im Hinblick auf das Sampling von Oligoglutamaten justiert und es erfolgte die Simulation von Peptiden verschiedener Kettenlängen in Anwesenheit von Calciumionen. Mit Hilfe der Sketch-Map Analyse konnten im Rahmen der Simulationen zahlreiche stabile Ionen-Peptid-Komplexe identifiziert werden, welche die Formation von Prä-Nukleations-Strukturen beeinflussen könnten. Abhängig von der Kettenlänge des Peptids weisen diese Komplexe charakteristische Abstände zwischen den Calciumionen auf. Diese ähneln einigen Abständen zwischen den Calciumionen in jenen Phasen von Calcium-Oxalat Kristallen, die in Anwesenheit von Oligoglutamaten gewachsen sind. Die Analogie der Abstände zwischen Calciumionen in gelösten Ionen-Peptid-Komplexen und in Calcium-Oxalat Kristallen könnte auf die Bedeutung von Ionen-Peptid-Komplexen im Prozess der Nukleation und des Wachstums von Biomineralen hindeuten und stellt einen möglichen Erklärungsansatz für die Fähigkeit von Oligoglutamaten zur Beeinflussung der Phase des sich formierenden Kristalls dar, die experimentell beobachtet wurde.

Models and methods for the direct simulation of rough and micropatterned surfaces

Friction in hydrodynamic bearings are a major source of losses in car engines ([69]). The extreme loading conditions in those bearings lead to contact between the matching surfaces. In such conditions not only the overall geometry of the bearing is relevant, but also the small-scale topography of the surface determines the bearing performance. The possibility of shaping the surface of lubricated bearings down to the micrometer ([57]) opened the question of whether friction can be reduced by mean of micro-textures, with mixed results. This work focuses in the development of efficient numerical methods to solve thin film (lubrication) problems down to the roughness scale of measured surfaces. Due to the high velocities and the convergent-divergent geometries of hydrodynamic bearings, cavitation takes place. To treat cavitation in the lubrication problem the Elrod- Adams model is used, a mass-conserving model which has proven in careful numerical ([12]) and experimental ([119]) tests to be essential to obtain physically meaningful results. Another relevant aspect of the modeling is that the bearing inertial effects are considered, which is necessary to correctly simulate moving textures. As an application, the effects of micro-texturing the moving surface of the bearing were studied. Realistic values are assumed for the physical parameters defining the problems. Extensive fundamental studies were carried out in the hydrodynamic lubrication regime. Mesh-converged simulations considering the topography of real measured surfaces were also run, and the validity of the lubrication approximation was assessed for such rough surfaces.

The use of models and methods for strategic planning:towards an holistic view of strategy

Formulating manufacturing business strategy is often fragmented in as much as current tools address upstream and downstream vertical integration with product integration, or more recently, product and infrastructure integration. Rarely do tools address all of these dimensions in an holistic manner. The research described in this paper is that undertaken in the MAPSTRAT project: a scoping study with industrial partners, aiming to satisfy this business need. A comprehensive literature study is described which is contextualized using six case studies. The paper stresses the importance of ‘joined-up thinking’ and outlines plans for an appropriate tool that is under development.

Optimization models and methods for real-time transportation planning in forestry

Lors du transport du bois de la forêt vers les usines, de nombreux événements imprévus peuvent se produire, événements qui perturbent les trajets prévus (par exemple, en raison des conditions météo, des feux de forêt, de la présence de nouveaux chargements, etc.). Lorsque de tels événements ne sont connus que durant un trajet, le camion qui accomplit ce trajet doit être détourné vers un chemin alternatif. En l’absence d’informations sur un tel chemin, le chauffeur du camion est susceptible de choisir un chemin alternatif inutilement long ou pire, qui est lui-même "fermé" suite à un événement imprévu. Il est donc essentiel de fournir aux chauffeurs des informations en temps réel, en particulier des suggestions de chemins alternatifs lorsqu’une route prévue s’avère impraticable. Les possibilités de recours en cas d’imprévus dépendent des caractéristiques de la chaîne logistique étudiée comme la présence de camions auto-chargeurs et la politique de gestion du transport. Nous présentons trois articles traitant de contextes d’application différents ainsi que des modèles et des méthodes de résolution adaptés à chacun des contextes. Dans le premier article, les chauffeurs de camion disposent de l’ensemble du plan hebdomadaire de la semaine en cours. Dans ce contexte, tous les efforts doivent être faits pour minimiser les changements apportés au plan initial. Bien que la flotte de camions soit homogène, il y a un ordre de priorité des chauffeurs. Les plus prioritaires obtiennent les volumes de travail les plus importants. Minimiser les changements dans leurs plans est également une priorité. Étant donné que les conséquences des événements imprévus sur le plan de transport sont essentiellement des annulations et/ou des retards de certains voyages, l’approche proposée traite d’abord l’annulation et le retard d’un seul voyage, puis elle est généralisée pour traiter des événements plus complexes. Dans cette ap- proche, nous essayons de re-planifier les voyages impactés durant la même semaine de telle sorte qu’une chargeuse soit libre au moment de l’arrivée du camion à la fois au site forestier et à l’usine. De cette façon, les voyages des autres camions ne seront pas mo- difiés. Cette approche fournit aux répartiteurs des plans alternatifs en quelques secondes. De meilleures solutions pourraient être obtenues si le répartiteur était autorisé à apporter plus de modifications au plan initial. Dans le second article, nous considérons un contexte où un seul voyage à la fois est communiqué aux chauffeurs. Le répartiteur attend jusqu’à ce que le chauffeur termine son voyage avant de lui révéler le prochain voyage. Ce contexte est plus souple et offre plus de possibilités de recours en cas d’imprévus. En plus, le problème hebdomadaire peut être divisé en des problèmes quotidiens, puisque la demande est quotidienne et les usines sont ouvertes pendant des périodes limitées durant la journée. Nous utilisons un modèle de programmation mathématique basé sur un réseau espace-temps pour réagir aux perturbations. Bien que ces dernières puissent avoir des effets différents sur le plan de transport initial, une caractéristique clé du modèle proposé est qu’il reste valable pour traiter tous les imprévus, quelle que soit leur nature. En effet, l’impact de ces événements est capturé dans le réseau espace-temps et dans les paramètres d’entrée plutôt que dans le modèle lui-même. Le modèle est résolu pour la journée en cours chaque fois qu’un événement imprévu est révélé. Dans le dernier article, la flotte de camions est hétérogène, comprenant des camions avec des chargeuses à bord. La configuration des routes de ces camions est différente de celle des camions réguliers, car ils ne doivent pas être synchronisés avec les chargeuses. Nous utilisons un modèle mathématique où les colonnes peuvent être facilement et naturellement interprétées comme des itinéraires de camions. Nous résolvons ce modèle en utilisant la génération de colonnes. Dans un premier temps, nous relaxons l’intégralité des variables de décision et nous considérons seulement un sous-ensemble des itinéraires réalisables. Les itinéraires avec un potentiel d’amélioration de la solution courante sont ajoutés au modèle de manière itérative. Un réseau espace-temps est utilisé à la fois pour représenter les impacts des événements imprévus et pour générer ces itinéraires. La solution obtenue est généralement fractionnaire et un algorithme de branch-and-price est utilisé pour trouver des solutions entières. Plusieurs scénarios de perturbation ont été développés pour tester l’approche proposée sur des études de cas provenant de l’industrie forestière canadienne et les résultats numériques sont présentés pour les trois contextes.

Optimization models and methods for real-time transportation planning in forestry

Lors du transport du bois de la forêt vers les usines, de nombreux événements imprévus peuvent se produire, événements qui perturbent les trajets prévus (par exemple, en raison des conditions météo, des feux de forêt, de la présence de nouveaux chargements, etc.). Lorsque de tels événements ne sont connus que durant un trajet, le camion qui accomplit ce trajet doit être détourné vers un chemin alternatif. En l’absence d’informations sur un tel chemin, le chauffeur du camion est susceptible de choisir un chemin alternatif inutilement long ou pire, qui est lui-même "fermé" suite à un événement imprévu. Il est donc essentiel de fournir aux chauffeurs des informations en temps réel, en particulier des suggestions de chemins alternatifs lorsqu’une route prévue s’avère impraticable. Les possibilités de recours en cas d’imprévus dépendent des caractéristiques de la chaîne logistique étudiée comme la présence de camions auto-chargeurs et la politique de gestion du transport. Nous présentons trois articles traitant de contextes d’application différents ainsi que des modèles et des méthodes de résolution adaptés à chacun des contextes. Dans le premier article, les chauffeurs de camion disposent de l’ensemble du plan hebdomadaire de la semaine en cours. Dans ce contexte, tous les efforts doivent être faits pour minimiser les changements apportés au plan initial. Bien que la flotte de camions soit homogène, il y a un ordre de priorité des chauffeurs. Les plus prioritaires obtiennent les volumes de travail les plus importants. Minimiser les changements dans leurs plans est également une priorité. Étant donné que les conséquences des événements imprévus sur le plan de transport sont essentiellement des annulations et/ou des retards de certains voyages, l’approche proposée traite d’abord l’annulation et le retard d’un seul voyage, puis elle est généralisée pour traiter des événements plus complexes. Dans cette ap- proche, nous essayons de re-planifier les voyages impactés durant la même semaine de telle sorte qu’une chargeuse soit libre au moment de l’arrivée du camion à la fois au site forestier et à l’usine. De cette façon, les voyages des autres camions ne seront pas mo- difiés. Cette approche fournit aux répartiteurs des plans alternatifs en quelques secondes. De meilleures solutions pourraient être obtenues si le répartiteur était autorisé à apporter plus de modifications au plan initial. Dans le second article, nous considérons un contexte où un seul voyage à la fois est communiqué aux chauffeurs. Le répartiteur attend jusqu’à ce que le chauffeur termine son voyage avant de lui révéler le prochain voyage. Ce contexte est plus souple et offre plus de possibilités de recours en cas d’imprévus. En plus, le problème hebdomadaire peut être divisé en des problèmes quotidiens, puisque la demande est quotidienne et les usines sont ouvertes pendant des périodes limitées durant la journée. Nous utilisons un modèle de programmation mathématique basé sur un réseau espace-temps pour réagir aux perturbations. Bien que ces dernières puissent avoir des effets différents sur le plan de transport initial, une caractéristique clé du modèle proposé est qu’il reste valable pour traiter tous les imprévus, quelle que soit leur nature. En effet, l’impact de ces événements est capturé dans le réseau espace-temps et dans les paramètres d’entrée plutôt que dans le modèle lui-même. Le modèle est résolu pour la journée en cours chaque fois qu’un événement imprévu est révélé. Dans le dernier article, la flotte de camions est hétérogène, comprenant des camions avec des chargeuses à bord. La configuration des routes de ces camions est différente de celle des camions réguliers, car ils ne doivent pas être synchronisés avec les chargeuses. Nous utilisons un modèle mathématique où les colonnes peuvent être facilement et naturellement interprétées comme des itinéraires de camions. Nous résolvons ce modèle en utilisant la génération de colonnes. Dans un premier temps, nous relaxons l’intégralité des variables de décision et nous considérons seulement un sous-ensemble des itinéraires réalisables. Les itinéraires avec un potentiel d’amélioration de la solution courante sont ajoutés au modèle de manière itérative. Un réseau espace-temps est utilisé à la fois pour représenter les impacts des événements imprévus et pour générer ces itinéraires. La solution obtenue est généralement fractionnaire et un algorithme de branch-and-price est utilisé pour trouver des solutions entières. Plusieurs scénarios de perturbation ont été développés pour tester l’approche proposée sur des études de cas provenant de l’industrie forestière canadienne et les résultats numériques sont présentés pour les trois contextes.

Nonmesonic weak decay dynamics from proton spectra of Lambda-hypernuclei

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Systematics of nuclear densities, deformations and excitation energies within the context of the generalized rotation-vibration model

We present a large-scale systematics of charge densities, excitation energies and deformation parameters For hundreds of heavy nuclei The systematics is based on a generalized rotation vibration model for the quadrupole and octupole modes and takes into account second-order contributions of the deformations as well as the effects of finite diffuseness values for the nuclear densities. We compare our results with the predictions of classical surface vibrations in the hydrodynamical approximation. (C) 2010 Elsevier B V All rights reserved.

Models and tools for value systems analysis in collaborative environments

Dissertation to obtain the degree of Doctor in Electrical and Computer Engineering, specialization of Collaborative Networks

Nuclear instruments and methods in physics research section B : beam interactions with materials and atoms

The impact-induced deposition of Al13 clusters with icosahedral structure on Ni(0 0 1) surface was studied by molecular dynamics (MD) simulation using Finnis–Sinclair potentials. The incident kinetic energy (Ein) ranged from 0.01 to 30 eV per atom. The structural and dynamical properties of Al clusters on Ni surfaces were found to be strongly dependent on the impact energy. At much lower energy, the Al cluster deposited on the surface as a bulk molecule. However, the original icosahedral structure was transformed to the fcc-like one due to the interaction and the structure mismatch between the Al cluster and Ni surface. With increasing the impinging energy, the cluster was deformed severely when it contacted the substrate, and then broken up due to dense collision cascade. The cluster atoms spread on the surface at last. When the impact energy was higher than 11 eV, the defects, such as Al substitutions and Ni ejections, were observed. The simulation indicated that there exists an optimum energy range, which is suitable for Al epitaxial growth in layer by layer. In addition, at higher impinging energy, the atomic exchange between Al and Ni atoms will be favourable to surface alloying.

Hyperfine interactions and nuclear structure

An automatic experimental apparatus for perturbed angular correlation measurements, capable of incorporating Ge(Li) detectors as well as scintillation counters, has been constructed.

The gamma-gamma perturbed angular correlation technique has been used to measure magnetic dipole moments of several nuclear excited states in the osmium transition region. In addition, the hyperfine magnetic fields, experienced by nuclei of 'impurity' atoms embedded in ferromagnetic host lattices, have been determined for several '4d' and '5d' impurity atoms.

The following magnetic dipole moments were obtained in the osmium transition region μ_2⁺(¹⁹⁰Os) = 0.54 ± 0.06 nm μ_4⁺(¹⁹⁰Os) = 0.88 ± 0.48 nm μ_2⁺(¹⁹²Os) = 0.56 ± 0.08 nm μ_2⁺(¹⁹²Pt) = 0.56 ± 0.06 nm μ_2^+’(¹⁹²Pt) = 0.62 ± 0.14 nm.

These results are discussed in terms of three collective nuclear models; the cranking model, the rotation-vibration model and the pairing-plus-quadrupole model. The measurements are found to be in satisfactory agreement with collective descriptions of low lying nuclear states in this region.

The following hyperfine magnetic fields of 'impurities' in ferromagnetic hosts were determined; H_int(Cd Ni) = - (64.0 ± 0.8)kG H_int(Hg Fe) = - (440 ± 105)kG H_int(Hg Co) = - (370 ± 78)kG H_int(Hg Ni) = - (86 ± 22)kG H_int(Tl Fe) = - (185 ± 70)kG H_int(Tl Co) = - (90 ± 35)kG H_int(Ra Fe) = - (105 ± 20)kG H_int(Ra Co) = - (80 ± 16)kG H_int(Ra Ni) = - (30 ± 10)kG, where in H_int(AB); A is the impurity atom embedded in the host lattice B. No quantitative theory is available for comparison. However, these results are found to obey the general systematics displayed by these fields. Several mechanisms which may be responsible for the appearance of these fields are mentioned.

Finally, a theoretical expression for time-differential perturbed angular correlation measurement, which duplicates experimental conditions is developed and its importance in data analysis is discussed.

Computational Methods for RNA Structure Validation and Improvement.

With increasing recognition of the roles RNA molecules and RNA/protein complexes play in an unexpected variety of biological processes, understanding of RNA structure-function relationships is of high current importance. To make clean biological interpretations from three-dimensional structures, it is imperative to have high-quality, accurate RNA crystal structures available, and the community has thoroughly embraced that goal. However, due to the many degrees of freedom inherent in RNA structure (especially for the backbone), it is a significant challenge to succeed in building accurate experimental models for RNA structures. This chapter describes the tools and techniques our research group and our collaborators have developed over the years to help RNA structural biologists both evaluate and achieve better accuracy. Expert analysis of large, high-resolution, quality-conscious RNA datasets provides the fundamental information that enables automated methods for robust and efficient error diagnosis in validating RNA structures at all resolutions. The even more crucial goal of correcting the diagnosed outliers has steadily developed toward highly effective, computationally based techniques. Automation enables solving complex issues in large RNA structures, but cannot circumvent the need for thoughtful examination of local details, and so we also provide some guidance for interpreting and acting on the results of current structure validation for RNA.